DSG3通过AKT/GSK3β/β-catenin通路促进膀胱癌生长和转移的机制研究

本研究针对肌层浸润性膀胱癌(MIBC)高转移率导致的高死亡率问题，揭示了DSG3在膀胱癌(BLCA)基底/鳞状(Ba/Sq)亚型中的关键作用。研究人员通过生物信息学分析和系列实验证实，STAT3转录激活的DSG3通过AKT/GSK3β/β-catenin信号轴上调SOX2和MMP7表达，从而增强肿瘤干细胞特性、上皮-间质转化(EMT)和转移能力。该发现为BLCA的预后预测和靶向治疗提供了新思路。

　　

膀胱癌是全球泌尿系统最常见的恶性肿瘤之一，其中肌层浸润性膀胱癌(MIBC)患者约50%会发生转移，中位生存期不足两年。肿瘤转移是膀胱癌患者死亡的主要原因，而基底/鳞状(Ba/Sq)亚型作为MIBC中侵袭性最强的亚型，具有更强的肿瘤干细胞(CSCs)特性和上皮-间质转化(EMT)倾向，但其促转移机制尚不清楚。

郑州大学第一附属医院和郑州大学基础医学院的研究团队在《Journal of Translational Medicine》发表的研究，首次揭示了桥粒核心蛋白DSG3在膀胱癌Ba/Sq亚型中的关键作用。通过生物信息学分析发现，DSG3在膀胱癌特别是Ba/Sq亚型中显著高表达，且与不良预后相关。研究人员构建了DSG3稳定敲低的膀胱癌细胞系，通过体外实验证实DSG3敲除可显著抑制肿瘤干细胞特性、EMT、迁移和侵袭能力；动物实验则显示DSG3敲除能明显减弱肿瘤发生和肺转移。机制研究发现，转录因子STAT3可直接结合DSG3启动子区(-1431至-1421位点)促进其转录。下游通路分析揭示，DSG3通过促进AKT Ser⁴⁷³位点磷酸化，抑制GSK3β活性，从而减少β-catenin Ser^29/33/37/Thr⁴¹位点磷酸化，阻止其泛素化降解，促进核转位并上调SOX2和MMP7表达，最终驱动膀胱癌进展。

研究采用的主要技术方法包括：TCGA和GEO数据库的生物信息学分析；组织芯片免疫组化(IHC)；基因敲除和过表达的慢病毒载体构建；肿瘤球形成实验评估干细胞特性；Transwell实验检测迁移侵袭能力；染色质免疫沉淀(ChIP)和双荧光素酶报告基因验证STAT3与DSG3启动子的结合；免疫共沉淀(Co-IP)和邻近连接实验(PLA)验证蛋白相互作用；小鼠皮下成瘤和尾静脉注射肺转移模型。

研究结果部分：

1. DSG3在BLCA Ba/Sq亚型中的差异表达鉴定
   通过一致性聚类分析将TCGA膀胱癌样本分为管腔型和Ba/Sq亚型，发现DSG3是Ba/Sq亚型中最显著上调的差异基因之一。组织芯片验证显示DSG3在伴鳞状分化(UC with SqD)的膀胱癌中表达更高。

2. DSG3高表达与不良预后相关
   临床数据分析表明，DSG3高表达与更高分期、分级、肿瘤进展风险和更短总生存期(OS)显著相关。

3. DSG3促进膀胱癌干细胞特性和EMT
   体外实验显示，DSG3敲除导致肿瘤球形成效率降低，CD44⁺/CD133⁺干细胞比例下降，E-cadherin上调而N-cadherin和Vimentin下调，表明其同时调控干细胞特性和EMT过程。

4. DSG3驱动体内肿瘤生长和转移
   裸鼠实验中，DSG3敲除使皮下肿瘤体积减小60%，肺转移灶生物发光信号减弱20-50倍，Ki67表达显著降低。

5. STAT3转录激活DSG3表达
   ChIP-qPCR和双荧光素酶报告基因证实STAT3结合DSG3启动子特定位点(-1431至-1421)，LPS诱导的STAT3激活可上调DSG3表达。

6. AKT/GSK3β/β-catenin通路机制解析
   DSG3与p-AKT^Ser473和GSK3β形成复合物，促进GSK3β Ser⁹磷酸化抑制其活性，从而减少β-catenin降解并促进核转位。救援实验证实GSK3β抑制剂LiCl可逆转DSG3敲除的表型。

7. SOX2-MMP7轴的功能验证
   过表达SOX2可恢复DSG3敲除细胞的增殖能力，而过表达MMP7则挽救迁移侵袭能力，证实二者是β-catenin下游的关键效应分子。

该研究首次系统阐明了DSG3在膀胱癌中的促癌机制，揭示了STAT3-DSG3-AKT/GSK3β/β-catenin-SOX2/MMP7这一全新的信号轴。这不仅为Ba/Sq亚型的高侵袭性提供了分子解释，更为膀胱癌的分子分型和靶向治疗提供了新思路。特别值得注意的是，DSG3作为细胞膜定位蛋白，其与AKT的相互作用为开发膜靶向抑制剂提供了理论依据。研究还创新性地发现DSG3可通过调控β-catenin的磷酸化状态影响干细胞特性，这一发现可能拓展至其他上皮源性肿瘤的研究中。尽管目前尚无DSG3特异性抑制剂，该研究为后续开发针对这一通路的治疗策略奠定了重要基础，对改善膀胱癌患者预后具有重要临床意义。