IGF2BP3-FASN轴通过脂质代谢重编程促进非小细胞肺癌脑定植的机制研究

本研究针对非小细胞肺癌(NSCLC)脑转移治疗难题，揭示了IGF2BP3通过稳定FASN mRNA促进脂质代谢重编程的新机制。研究人员发现IGF2BP3在脑转移灶中高表达，通过激活脂肪酸合成途径增强肿瘤细胞侵袭和脑定植能力。该研究为靶向IGF2BP3-FASN轴治疗NSCLC脑转移提供了新的理论依据和治疗策略。

　　

脑转移是非小细胞肺癌(NSCLC)患者死亡的主要原因之一，发生率在初诊时达10-20%，疾病进展过程中可高达40%。由于血脑屏障的限制，脑部微环境具有独特的代谢特征，特别是脂质可用性低，这要求转移的肿瘤细胞必须进行代谢重编程才能生存和增殖。目前针对脑转移灶的治疗手段包括手术、立体定向放疗、全脑放疗和化疗等，但疗效有限，预后较差。因此，深入理解NSCLC细胞在脑微环境中的定植机制，对于开发有效的治疗策略至关重要。

代谢重编程是癌症进展和转移的标志之一。脑部有限的细胞外脂质可用性使得肿瘤细胞必须依赖内源性脂质合成，这一过程主要依赖于脂肪酸合成酶(FASN)。FASN催化乙酰辅酶A、丙二酰辅酶A和NADPH合成脂肪酸，在多种癌症中表达升高，包括肺癌、乳腺癌、结直肠癌和胆管癌。近年来研究发现，抑制FASN能有效减少HER2阳性乳腺癌的脑转移负荷，但其在NSCLC脑转移中的作用尚不清楚。

RNA结合蛋白(RBPs)通过调控转录后过程，在癌症代谢和转移中发挥重要作用。胰岛素样生长因子2 mRNA结合蛋白3(IGF2BP3)是RBP家族成员，由两个N端RNA识别结合区域(RRM)和四个C端异质核核糖核蛋白KH结构域组成。IGF2BP3与多种肿瘤的生长和迁移相关，且与不良预后相关。同时，研究报道IGF2BP3参与胃癌、膀胱癌、宫颈癌和肝癌的转移进程。重要的是，近期研究表明IGF2BP3可能与乳腺癌和NSCLC脑转移的进展和预后相关，但其调控脑定植的具体机制尚未明确。

发表在《Cell Death and Disease》的这项研究，深入探讨了IGF2BP3在NSCLC脑转移中的功能机制，揭示了IGF2BP3通过调控脂质代谢促进脑定植的新途径。

研究人员运用了多种关键技术方法：通过TCGA和GEO数据库分析临床样本中IGF2BP3表达与预后的相关性；利用RNA测序和脂质组学(LC-MS)分析筛选差异表达基因和代谢物；采用RNA免疫沉淀测序(RIP-seq)验证IGF2BP3与FASN mRNA的直接结合；通过体外功能实验(细胞迁移、侵袭、脂质含量检测)和体内小鼠立体定向脑注射模型评估表型变化；使用免疫组化、免疫印迹、RT-qPCR等技术进行分子机制验证。

IGF2BP3在NSCLC脑转移中上调并与不良预后相关

研究人员通过分析TCGA和GEO数据库中的多个NSCLC队列发现，IGF2BP3在晚期转移阶段显著上调。

与原发性肺肿瘤相比，脑转移灶中IGF2BP3水平更高。Kaplan-Meier生存分析显示，IGF2BP3高表达与NSCLC转移患者的不良预后相关。Pearson相关分析显示，IGF2BP3与关键上皮间质转化(EMT)标志物(TGFB1、SNAI2、N-cadherin和MMP9)呈显著正相关。小鼠皮下肿瘤和立体定向脑注射模型的免疫组化结果验证了脑定植肿瘤中IGF2BP3蛋白表达显著升高。

IGF2BP3促进NSCLC细胞在脑中的生长

研究人员构建了IGF2BP3敲降和过表达的H1299和H157细胞系。功能实验表明，IGF2BP3敲降抑制了细胞增殖、集落形成、迁移和侵袭，并促进细胞凋亡；而IGF2BP3过表达则产生相反效应。通过小鼠立体定向脑注射模型，发现IGF2BP3敲除显著降低了NSCLC细胞在脑中的生长，而IGF2BP3过表达加剧了脑定植。免疫组化染色证实脑定植肿瘤中MMP9表达模式与IGF2BP3水平一致。

IGF2BP3介导NSCLC脂质代谢

转录组测序显示，IGF2BP3敲降导致160个基因上调和469个基因下调，基因富集分析显示代谢通路显著改变。GSEA分析将IGF2BP3与脂肪酸代谢联系起来。脂质组学分析表明，IGF2BP3敲降导致15种代谢物上调和133种代谢物下调，KEGG富集分析显示脂肪酸生物合成和不饱和脂肪酸生物合成通路失调。热图突出显示关键代谢物变化，IGF2BP3敲降降低了脂肪酸、甘油三酯和甘油二酯水平。脑部移植瘤的免疫荧光染色证实IGF2BP3敲除肿瘤中中性脂质积累减少。

功能实验进一步支持IGF2BP3在脂质代谢中的作用。IGF2BP3敲降降低了总甘油三酯和胆固醇水平，显著抑制了中性脂质水平和脂滴形成。流式细胞术进一步证实IGF2BP3敲降细胞中尼罗红染色减少。相反，IGF2BP3过表达增加了脂质积累，包括甘油三酯、胆固醇、中性脂质和脂滴。

IGF2BP3稳定FASN mRNA调控NSCLC细胞脂质代谢

cDNA微阵列分析显示，IGF2BP3敲降后脂肪酸代谢相关基因(REEP6、ALDOA、FASN、CRAT和CEL)显著下调。通过分析GEO数据库中的四个独立IGF2BP3-RIP数据集，鉴定出16个潜在的IGF2BP3结合mRNA。将这些基因与脂肪酸代谢相关特征重叠，发现FASN作为IGF2BP3介导的RNA结合的潜在靶点。

RIP-qPCR证实IGF2BP3直接结合FASN mRNA。GSE198291数据集分析显示，在LUAD患者的转移肿瘤组织中，IGF2BP3与FASN mRNA表达呈显著正相关。RT-qPCR和免疫印迹分析显示，IGF2BP3敲降后FASN表达显著下调。FASN mRNA的半衰期在IGF2BP3敲降细胞中显著缩短，表明IGF2BP3稳定FASN mRNA。

研究人员发现IGF2BP3以m6A依赖的方式调控FASN翻译。通过敲低关键m6A甲基转移酶METTL3建立m6A缺陷型NSCLC细胞，发现FASN表达下调而IGF2BP3不变。METTL3敲降细胞中FASN mRNA的半衰期显著缩短。强制表达METTL3可挽救IGF2BP3缺陷型NSCLC细胞中FASN的表达。

作为IGF2BP3的下游靶标，FASN在脂肪生成和转移中起关键作用。FASN敲降降低了细胞增殖、集落形成、侵袭和迁移，增加细胞凋亡。FASN敲降还降低了总甘油三酯和胆固醇水平，减少脂滴形成和中性脂质水平。

IGF2BP3-FASN轴通过脂质代谢促进NSCLC脑定植

研究人员构建了IGF2BP3敲降和FASN过表达的H1299和H157细胞系。FASN过表达显著挽救了IGF2BP3敲降引起的细胞增殖、集落形成、迁移和侵袭抑制，并减少凋亡。一致地，FASN过表达有效挽救了IGF2BP3敲降介导的总甘油三酯、总胆固醇、脂滴和中性脂质水平的降低。

临床分析显示，与原发性肿瘤相比，FASN在NSCLC来源的软脑膜和脑转移肿瘤中上调。Kaplan-Meier生存分析显示，高FASN表达与转移性肺癌患者的不良预后相关。体内实验通过小鼠立体定向脑注射模型发现，FASN过表达部分逆转了IGF2BP3敲除引起的脑部肿瘤负荷减少。免疫组化染色证实脑定植肿瘤中IGF2BP3减少和FASN表达增加，FASN挽救恢复了MMP9表达。免疫荧光染色进一步证明FASN过表达挽救了脑定植肿瘤中的中性脂质生产。

研究结论与讨论部分强调，该研究阐明了脂质代谢通过IGF2BP3-FASN轴驱动NSCLC脑定植的关键作用。IGF2BP3作为癌胚蛋白，在多种癌症中过表达，与肿瘤增殖、耐药性和转移相关。NSCLC患者在疾病进展过程中经常发生脑转移，但当前治疗选择有限，迫切需要新的治疗靶点。

该研究表明IGF2BP3是通过FASN介导的脂质代谢促进NSCLC脑定植的潜在治疗靶点。IGF2BP3在NSCLC脑转移中上调，并与关键上皮间质转化(EMT)基因正相关，得到生物测定和生物信息学分析的支持。IGF2BP3高表达与不良临床预后和晚期转移阶段相关，突出了其在肿瘤转移中的重要作用及其作为治疗靶点的潜力。

功能研究表明，靶向IGF2BP3显著抑制体外侵袭性并降低体内脑部NSCLC肿瘤负荷。机制上，IGF2BP3通过结合FASN mRNA增强其稳定性，以RNA结合依赖性方式调节脂质代谢。IGF2BP3-FASN轴成为脑定植的关键调节因子，将脂质代谢与肿瘤传播联系起来。

这些发现强调了IGF2BP3作为抑制NSCLC脑部细胞生长的潜在治疗靶点。针对IGF2BP3-FASN轴的治疗策略可能为NSCLC脑转移患者提供新的治疗选择，特别是针对那些现有治疗方法效果有限的患者群体。未来的研究需要进一步验证这些发现在自发性转移模型中的适用性，并探索靶向这一轴心的具体治疗手段。