EGR4/GDF15轴通过激活ErbB3/ErbB1异源二聚化及CAFs重塑促胃癌转移的新机制

《Cell Death & Disease》：EGR4 transcriptionally upregulates GDF15 to promote gastric cancer metastasis

本研究针对胃癌转移分子机制不明的临床难题，通过单细胞测序发现EGR4+上皮细胞亚群在转移淋巴结中富集。机制研究揭示EGR4直接转录激活GDF15，进而促进ErbB3/ErbB1异源二聚化激活PI3K/AKT和MAPK/ERK通路，同时通过TGF-βR信号激活细胞外基质重塑型癌症相关成纤维细胞(eCAFs)，双途径协同驱动胃癌转移。该发现为胃癌转移的精准干预提供了新的靶点策略。

　　

胃癌是全球常见的恶性肿瘤，每年新发病例约100万例。尽管诊疗技术不断进步，晚期胃癌患者的预后仍然较差，总体生存率仅为40%左右。转移是导致胃癌治疗失败的重要原因，但其分子机制尚未完全阐明，缺乏有效的预后生物标志物和治疗靶点。

随着单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术的发展，研究人员能够在单细胞分辨率下解析肿瘤异质性和肿瘤微环境(TME)。淋巴转移是胃癌最常见的转移方式，影响患者的预后和治疗决策。为了深入探究胃癌转移的细胞学基础，研究团队对6例胃癌患者的原发灶和配对转移淋巴结进行了scRNA-seq分析，构建包含59,918个细胞的单细胞图谱。

通过上皮细胞亚群分析，研究人员发现了一个与转移密切相关的C9细胞亚群，该亚群特征基因SNAP25在转移淋巴结中显著高表达。进一步利用单细胞调控网络推断(SCENIC)方法鉴定出EGR4是该亚群的关键转录因子。临床数据分析显示，EGR4在胃癌组织中高表达，且与患者不良预后显著相关。

功能实验证实，EGR4过表达显著促进胃癌细胞迁移和侵袭，而在小鼠尾静脉肺转移模型中，EGR4过表达增强了肿瘤细胞在肺部的定植能力。这些结果明确了EGR4在胃癌转移中的关键作用。

为了阐明EGR4促进转移的分子机制，研究人员整合染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)和RNA测序数据，发现EGR4直接结合GDF15启动子区域，激活其转录。GDF15(生长分化因子15)是一种已知的恶病质因子，在肿瘤诊断和预后中作为生物标志物。

机制研究表明，GDF15通过结合ErbB3促进ErbB3/ErbB1异源二聚化，激活下游PI3K/AKT和MAPK/ERK信号通路。使用ErbB1抑制剂厄洛替尼(Erlotinib)可有效抑制GDF15诱导的胃癌细胞迁移和侵袭。

通过CellChat细胞通讯分析，研究发现EGR4+胃癌细胞与癌症相关成纤维细胞(CAFs)，特别是细胞外基质重塑型eCAFs存在强烈相互作用。GDF15通过TGF-β受体信号激活eCAFs，促进基质金属蛋白酶(MMP2)、胶原蛋白(COL1A1)和纤连蛋白(Fibronectin)等ECM重塑相关基因的表达。

共培养实验证实，EGR4+胃癌细胞通过分泌GDF15激活CAFs，而CAFs的激活进一步促进胃癌细胞的侵袭能力，形成促转移正反馈循环。

本研究主要关键技术方法包括：从广东省人民医院收集的12例胃癌手术样本和泰泽生物购买的72例组织芯片样本进行单细胞RNA测序分析；利用染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)和双荧光素酶报告基因检测转录调控机制；通过蛋白质免疫印迹(Western blot)、免疫共沉淀(Co-IP)和酶联免疫吸附测定(ELISA)验证蛋白表达和相互作用；采用Transwell实验和小鼠肺转移模型评估细胞迁移和侵袭能力；运用CellChat分析细胞间通讯网络。

EGR4上调并与胃癌转移正相关

SCENIC分析显示EGR4在C9细胞簇中具有最高调控活性。临床样本验证表明EGR4在胃癌组织中高表达，且与患者不良预后相关。功能实验证实EGR4过表达上调C9簇特征基因表达。

EGR4促进胃癌细胞迁移、侵袭和转移

Transwell实验证明EGR4过表达显著增强胃癌细胞迁移和侵袭能力，而敲低EGR4则抑制这些表型。小鼠尾静脉肺转移模型进一步验证EGR4在体内促进肿瘤转移的作用。

EGR4转录上调GDF15表达

ChIP-seq和RNA-seq整合分析鉴定GDF15为EGR4直接靶基因。实验验证EGR4结合GDF15启动子并激活其转录，临床样本显示GDF15与EGR4表达呈正相关。

EGR4通过GDF15激活ErbB3/ErbB1及下游信号通路

机制研究表明GDF15结合ErbB3促进ErbB3/ErbB1异源二聚化，激活PI3K/AKT和MAPK/ERK通路。ErbB1抑制剂可逆转GDF15促转移效应。

EGR4+胃癌细胞通过GDF15激活CAFs促进ECM重塑

CellChat分析揭示EGR4+胃癌细胞与eCAFs强烈相互作用。功能实验证明GDF15通过TGF-β受体信号激活eCAFs，促进ECM重塑基因表达，增强胃癌细胞侵袭能力。

该研究首次系统阐明了EGR4/GDF15轴在胃癌转移中的双重作用机制：一方面通过激活肿瘤细胞自身ErbB信号通路促进迁移侵袭，另一方面通过重塑肿瘤微环境创造促转移生态位。这一发现不仅深化了对胃癌转移分子机制的理解，更重要的是为开发针对EGR4/GDF15轴的精准治疗策略提供了理论依据。针对该通路的小分子抑制剂、中和抗体或联合治疗方案可能成为未来胃癌转移治疗的新方向。

研究团队提出，开发特异性靶向EGR4的小分子抑制剂、GDF15中和抗体、可溶性ErbB3受体陷阱以及TGF-β受体抑制剂等治疗策略，可能有效阻断EGR4/GDF15轴驱动的胃癌转移进程。这些发现为胃癌转移的精准医疗提供了新的靶点和思路，具有重要的临床转化价值。

该研究成果发表于《Cell Death and Disease》期刊，为胃癌转移机制研究和治疗策略开发提供了重要科学依据，展现了单细胞多组学技术在解析肿瘤异质性和微环境相互作用中的强大应用价值。