MRPL17通过调控线粒体功能驱动非小细胞肺癌恶性进展并成为新型治疗靶点

《Cell Death & Disease》：MRPL17 is a critical regulator of mitochondrial function and a novel therapeutic target in non-small cell lung cancer

本研究聚焦非小细胞肺癌(NSCLC)治疗耐药难题，探讨了线粒体核糖体蛋白MRPL17在NSCLC中的关键作用。研究人员通过多组学分析、功能实验及动物模型证实，MRPL17在NSCLC中显著高表达且与不良预后相关，其通过调控COX8A影响线粒体功能，从而促进肿瘤恶性进展。该研究为NSCLC提供了新的潜在治疗靶点和预后标志物。

　　

肺癌是全球癌症相关死亡的主要原因之一，其中非小细胞肺癌(NSCLC)占据了绝大多数病例。尽管靶向治疗和免疫治疗的出现改善了部分患者的预后，但耐药性和肿瘤异质性等问题依然严峻，晚期患者的5年生存率通常低于20%。因此，探寻新的、有效的治疗靶点迫在眉睫。近年来，越来越多的证据表明，线粒体功能异常在癌症的发生发展中扮演着关键角色。癌细胞，包括NSCLC细胞，通常表现出深刻的代谢重编程，其特征是线粒体生物合成增强、氧化磷酸化(OXPHOS)活性增加，以满足其快速生长所需的巨大生物能量和生物合成需求。因此，靶向关键的线粒体蛋白，可能为NSCLC治疗提供新的思路。然而，线粒体核糖体蛋白L17(MRPL17)作为线粒体核糖体大亚基的核心组成部分，虽然对线粒体蛋白质合成至关重要，但其在NSCLC乃至人类癌症中的具体作用和机制尚不明确。发表在《Cell Death & Disease》上的这项研究，旨在系统阐明MRPL17在NSCLC中的表达谱、功能意义、潜在机制及其治疗潜力。

研究人员综合利用了生物信息学分析、体外细胞模型（包括原代NSCLC细胞和A549细胞系）、体内动物模型（裸鼠皮下和原位移植瘤模型）以及临床样本（来自TCGA数据库和本地收集的配对NSCLC组织）等多种手段。关键技术方法包括：利用TCGA和单细胞RNA测序(scRNA-seq)数据（来源包括公开数据库figshare和GEO数据集GSE131907）进行表达和共表达分析；通过慢病毒介导的shRNA敲低和CRISPR/Cas9基因敲除(ko)技术在细胞中干预MRPL17和COX8A的表达；通过细胞活力(CCK-8)、增殖(EdU)、迁移/侵袭(Transwell)、凋亡(TUNEL, Caspase-3/9活性)等功能实验评估表型变化；使用Seahorse能量分析仪检测细胞耗氧率(OCR)，并通过化学发光法、比色法等测定线粒体复合物I活性、ATP水平、活性氧(ROS)、谷胱甘肽(GSH/GSSG)比值、脂质过氧化(TBAR)等指标以评估线粒体功能和氧化应激；通过染色质免疫沉淀(ChIP)实验研究转录因子Sp1与COX8A启动子的结合；并通过蛋白质印迹(Western blot)、定量PCR(qRT-PCR)和免疫组织化学(IHC)在分子水平进行验证。

3.1. TCGA分析显示MRPL17在NSCLC中的表达谱、临床病理学关联及预后和诊断价值

对癌症基因组图谱(TCGA)数据的分析显示，与正常肺组织相比，MRPL17在肺腺癌(LUAD)和肺鳞癌(LUSC)组织中的表达均显著上调。MRPL17的高表达与晚期T分期、淋巴结转移阳性以及更晚的病理分期显著相关，并且是患者总生存期(OS)、疾病特异性生存期(DSS)和无进展生存期(PFI)的不良预后因素。受试者工作特征(ROC)曲线分析表明，MRPL17表达在区分NSCLC肿瘤组织和正常肺组织方面具有较高的诊断价值。

3.2. 单细胞转录组分析揭示MRPL17在肺癌中的表达、关联和共表达网络

单细胞RNA测序分析进一步证实，MRPL17主要在恶性上皮细胞和增殖性癌细胞亚群中高表达，且在LUSC中的表达高于LUAD。共表达分析发现，MRPL17与线粒体基因，特别是细胞色素c氧化酶亚基8A(COX8A)存在强正相关。

3.3. LUAD数据的单细胞RNA测序分析显示MRPL17在原发性肿瘤部位和各种转移部位的恶性上皮细胞中持续高表达

对另一独立LUAD单细胞数据集的分析表明，MRPL17在原发性LUAD、脑转移、淋巴结转移和胸水中的恶性上皮细胞均呈现高表达，提示其过表达与LUAD的进展和转移相关。

3.4. MRPL17在局部切除的人NSCLC组织和不同NSCLC细胞中表达升高

在本地收集的25对NSCLC患者组织样本以及多种NSCLC细胞（原代细胞和A549细胞系）中，通过qRT-PCR、蛋白质印迹和IHC均验证了MRPL17在mRNA和蛋白水平上的显著高表达。

3.5. MRPL17沉默损害NSCLC细胞恶性表型，对正常肺上皮细胞影响甚微

在多种NSCLC细胞中，利用shRNA沉默MRPL17可显著抑制细胞活力、增殖、迁移和侵袭能力，并促进细胞凋亡。然而，在正常肺上皮细胞中沉默MRPL17则未引起明显的表型变化，表明NSCLC细胞对MRPL17存在特异性依赖。

3.6. MRPL17沉默损害NSCLC细胞的线粒体功能并诱导氧化应激

机制研究表明，MRPL17沉默会导致NSCLC细胞线粒体功能严重受损，表现为耗氧率(OCR)降低、复合物I活性下降、ATP生成减少、线粒体膜电位去极化。同时，细胞内氧化应激水平显著升高，包括GSH/GSSG比值降低、ROS积累、脂质过氧化和DNA损伤增加。使用抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸(NAC)或补充高浓度葡萄糖可部分逆转MRPL17沉默导致的细胞功能损害。

3.7. MRPL17敲除损害NSCLC细胞恶性表型和线粒体功能

为了排除shRNA可能的脱靶效应，研究人员利用CRISPR/Cas9技术敲除了MRPL17基因。结果与沉默实验一致，MRPL17敲除同样显著抑制了NSCLC细胞的增殖、迁移和侵袭，诱导凋亡，并导致严重的线粒体功能障碍和氧化应激。

3.8. MRPL17的异位过表达增强NSCLC细胞恶性表型和线粒体功能

相反，在NSCLC细胞中过表达MRPL17则能增强细胞的增殖、迁移和侵袭能力，并伴随线粒体复合物I活性和ATP水平的提升，进一步证实了MRPL17对NSCLC细胞恶性行为的促进作用。

3.9. COX8A作为MRPL17的下游效应因子，介导其促癌作用

生物信息学分析和实验验证表明，COX8A是MRPL17的关键下游靶点。MRPL17的表达水平正调控COX8A的mRNA和蛋白水平。在MRPL17沉默的细胞中重新过表达COX8A，可以部分挽救其线粒体功能障碍（膜电位、ROS、ATP）以及增殖和迁移能力的缺陷。直接敲低COX8A也能模拟MRPL17沉默的表型，抑制细胞增殖和迁移。ChIP实验进一步揭示，MRPL17通过影响转录因子Sp1与COX8A启动子的结合来调控其转录。

3.10. MRPL17沉默抑制裸鼠皮下和原位NSCLC异种移植瘤的生长

在动物实验中，沉默MRPL17能显著抑制NSCLC细胞在裸鼠皮下形成的移植瘤的生长速度和最终瘤重，且不影响小鼠体重。对瘤组织的分析显示，MRPL17沉默导致瘤内COX8A表达下调、线粒体功能受损、氧化应激增强、细胞增殖（Ki-67阳性率降低）受抑、细胞凋亡（胞浆细胞色素c、Cleaved-Caspase-3、Cleaved PARP1水平升高，TUNEL阳性细胞增加）加剧。此外，在肺原位移植瘤模型中，沉默MRPL17也显著降低了肿瘤的形成率。

综上所述，本研究系统性地揭示了MRPL17在NSCLC中的致癌作用。MRPL17在NSCLC中高表达，与不良预后相关，并通过调控线粒体功能和氧化还原平衡，特别是通过影响Sp1对COX8A的转录调控，来驱动NSCLC的恶性进展。沉默或敲除MRPL17能有效抑制NSCLC细胞在体外和体内的生长。这些发现不仅深化了对NSCLC代谢异常的理解，更重要的是将MRPL17确立为一个有潜力的新型预后生物标志物和治疗靶点。尽管靶向线粒体蛋白存在挑战，但基于小分子抑制剂、核酸药物（如siRNA、ASO）及其靶向递送系统的策略，为未来开发针对MRPL17的NSCLC疗法提供了新的方向和希望。