核磷蛋白通过调控WNT通路驱动的蛋白质合成应激和p53活化抑制肿瘤发生

《Nature Genetics》：Nucleophosmin supports WNT-driven hyperproliferation and tumor initiation

本研究聚焦WNT信号驱动的实体肿瘤中核磷蛋白（NPM1）的功能，发现其在结直肠癌（CRC）和肝癌（HCC）中通过缓解整合应激反应（ISR）和p53活化，支持癌基因诱导的过度增殖和肿瘤发生。研究人员利用基因工程小鼠模型证实，NPM1缺失可触发核糖体暂停和翻译失调，进而抑制WNT通路驱动的肿瘤生长，为p53野生型WNT驱动肿瘤（包括难治性KRAS突变CRC）提供了新的治疗靶点。

　　

在癌症研究领域，不同组织对相同致癌驱动因素的反应存在显著差异，这种“组织特异性许可”现象在WNT信号通路中尤为明显。例如，CTNNB1突变在肝细胞癌（HCC）中常见，但在结直肠癌（CRC）中较少见；相反，APC失活突变在CRC中约占80%，但在HCC中罕见。这些突变导致配体非依赖性WNT通路激活和肿瘤发生。尽管APC缺陷的肠道细胞依赖mTORC1（雷帕霉素机制靶点复合物1）促进翻译延伸和过度增殖，但约40%的CRC患者出现致癌性KRAS突变，使得雷帕霉素治疗无效。这凸显了寻找WNT驱动疾病新药物靶点的迫切需求。

核磷蛋白（NPM1）是一种多功能的核仁蛋白，在急性髓系白血病（AML）中是最常突变的基因，但在实体瘤中常过表达，其功能角色尚不明确。发表在《Nature Genetics》的这项研究揭示了NPM1在WNT驱动肿瘤中的关键作用。

研究人员发现，NPM1在WNT信号激活的组织中上调，特别是在APC缺失后。通过基因工程小鼠模型，他们证明NPM1对于成年上皮组织稳态是非必需的，但对于WNT驱动的转化至关重要。机制上，NPM1缺失诱导核糖体在编码序列5‘端暂停和积累，触发蛋白质合成应激反应和p53激活，从而介导抗肿瘤生成效应。值得注意的是，在人类CRC中，NPM1表达与升高的WNT信号和增殖相关，而携带NPM1缺失的CRC优先出现TP53失活，强调了研究结果的临床相关性。

主要技术方法包括：利用条件性基因敲除小鼠模型（如Villin-Cre^ERT2、Lgr5-Cre^ERT2）在肠道和肝脏特异性删除Apc、Npm1等基因；转录组测序（RNA-seq）和核糖体分析（Ribo-seq）评估基因表达和翻译调控；蛋白质组学（质谱分析）检测蛋白表达变化；免疫组织化学分析蛋白定位和表达；以及使用TCGA（癌症基因组图谱）和GEO（基因表达综合）数据库进行人类肿瘤数据分析。

Npm1在WNT许可组织中上调

研究人员通过在多种成年小鼠组织中急性删除Apc，发现小肠（SI）、食道、结肠和胃表现出最强的WNT转录程序激活，而膀胱、肾脏、肺和脾脏的激活最小。仅有107个基因在至少四个WNT许可组织中上调，其中包括已知的WNT介质和负反馈调节因子，如RNF43、ZNRF3、AXIN2、TCF7和NOTUM。Npm1在除肝脏外的WNT许可组织中显著上调，且与MYC转录特征富集一致。在人类肿瘤中，NPM1在多种癌症中过表达，尤其在结肠腺癌（COAD）和直肠腺癌（READ）中增加最强，且与WNT激活显著相关。

NPM1对WNT驱动的过度增殖至关重要，但对稳态非必需

Npm1缺失在多个组织中未引起健康问题或明显组织异常，但显著抑制了APC缺失诱导的肠道过度增殖。在Apc^loxP/+小鼠中，Npm1缺失显著延长了生存期，尽管大多数肿瘤逃逸了重组并保留了NPM1表达。类似地，在Lgr5-Cre^ERT2Apc^loxP/loxP快速腺瘤模型中，Npm1缺失抑制了肿瘤发生，将生存期延长了三倍。此外，在致癌Kras激活后，NPM1缺失也显著减少了过度增殖，而不影响干细胞。

p53介导Npm1缺失的抗肿瘤作用

RNA测序显示转录差异最小，但p53和p21在肠道隐窝中上调，与致癌KRAS^G12D激活或APC缺失无关。并发条件性删除Trp53和Npm1、Apc恢复了增殖，表明p53在介导NPM1缺失效应中的关键作用。在人类肿瘤中，TP53野生型样本的NPM1表达显著高于TP53突变样本，且携带NPM1浅缺失的CRC中91%也携带TP53突变，与小鼠数据一致。

NPM1缺失诱导翻译过程中的核糖体暂停

核糖体分析显示，NPM1缺失引起RPF（核糖体保护片段）显著变化，但对总RNA水平影响最小。比较总RNA和RPF水平的差异表达转录本，发现239个转录本RPF丰度降低，43个增加，但总细胞质RNA无相应变化。GSEA（基因集富集分析）显示，在RPF水平，E2F靶点、G2M检查点和MYC靶点等通路正富集，但在蛋白水平负富集。位置分辨率分析显示，NPM1缺失在编码序列前半部分诱导了显著的核糖体暂停。

NPM1缺失触发整合应激反应

Npm1缺失后，翻译激活因子p-4E-BP1和p-eIF4E的磷酸化以及延伸抑制性磷酸化p-eEF2上调，而NPM1缺陷类器官显示蛋白质合成减少。同时，ISR标志p-eIF2α水平在肿瘤和肠道隐窝中升高。ISR抑制剂ISRIB和PERK抑制剂GSK2606414处理均能挽救NPM1缺失后的增殖缺陷，表明ISR激活在表型中的关键作用。

Npm1缺失改善WNT驱动HCC的生存

在肝脏中，APC缺失或β-连环蛋白激活后Npm1表达变化微小，但条件性MYC过表达后显著增强。Npm1缺失抑制了β-连环蛋白/MYC驱动的肝细胞过度增殖和肿瘤形成，显著延长生存期，并减少肺转移。ISRIB处理也能恢复肝细胞增殖，表明ISR作用在肝脏中保守。

研究结论与意义

本研究将NPM1确定为WNT驱动的过度增殖和肿瘤发生的关键效应因子，通过缓解ISR和p53激活发挥作用。NPM1在成人上皮稳态中非必需，但在WNT信号激活时不可或缺，使其成为p53野生型WNT驱动肿瘤（如KRAS突变CRC和肝癌）的有希望治疗靶点。研究还揭示了NPM1缺失通过翻译调控耦合主要致癌和肿瘤抑制通路的新机制，为靶向难治癌症驱动因素和肿瘤异质性提供了新途径。

这些发现不仅深化了对WNT信号通路下游效应的理解，而且为临床治疗提供了新策略，特别是针对目前治疗手段有限的KRAS突变结直肠癌和肝细胞癌。