GABA能信号通路通过促进肿瘤侵袭影响结直肠癌患者预后的机制研究

本研究针对结直肠癌(CRC)中γ-氨基丁酸(GABA)能信号异常激活的临床意义展开深入探索。研究人员通过分析CALGB/SWOG 80405临床试验数据，结合器官芯片(OOC)和患者来源类器官模型，首次证实GAD1高表达和ABAT低表达构成的GABA能环境与KRAS突变肿瘤的侵袭性表型显著相关。研究发现肿瘤源性GABA通过促进β-catenin介导的上皮-间质转化(EMT)增强转移潜能，为Ras信号通路异常肿瘤提供了新的治疗靶点。

　　

在结直肠癌研究领域，肿瘤微环境(TME)中神经递质信号的异常调控一直是个充满谜团的领域。就像肠道中的"暗物质"，γ-氨基丁酸(GABA)这种主要存在于神经系统的抑制性递质，竟被发现与癌症的恶性进展存在令人惊讶的关联。既往研究虽然观察到结直肠癌组织中GABA水平异常升高，但这些发现究竟只是伴随现象，还是直接影响肿瘤生物学行为的关键因素？这个问题长期困扰着研究人员。更令人困惑的是，实验室数据常常出现矛盾，而传统模型难以模拟人体内复杂的微环境相互作用。正是这些未解之谜，促使Carly Strelez等研究者开展这项创新性研究。

为解答这些问题，研究团队采用了多维度研究方法：1）基于CALGB/SWOG 80405 III期临床试验433例患者的RNA测序数据分析GABA通路基因的预后价值；2）利用转移图谱(MetMap)数据库分析CRC细胞系转移潜能与GAD1表达的关系；3）开发微流控器官芯片(OOC)模型模拟上皮-内皮界面，整合流体流动和蠕动样机械力；4）建立6例患者来源的结直肠癌类器官芯片模型；5）采用shRNA敲低和3-巯基丙酸(3-MPA)抑制GAD1功能；6）通过质谱代谢组学检测肿瘤源性GABA水平；7）利用TCGA和GEO数据库验证临床相关性。

GABA能变化在结直肠癌中与患者预后相关

通过对CALGB/SWOG 80405试验数据的分析发现，GABA合成酶GAD1的高表达与更短的无进展生存期(PFS)和总生存期(OS)显著相关（HR=1.26-1.27），而降解酶ABAT的高表达则显示保护作用。这种关联在抗EGFR治疗和FOLFOX化疗亚组中尤为明显，提示GABA能环境可能影响治疗反应。

GAD1与结直肠癌转移潜能相关

MetMap分析揭示KRAS突变CRC细胞系中GAD1表达与转移潜能呈正相关。在器官芯片模型中，shRNA敲低GAD1或3-MPA抑制使HCT116细胞侵袭减少85%，而外源GABA则剂量依赖性促进侵袭。质谱检测证实肿瘤细胞主动摄取¹³C₄-GABA，免疫荧光显示侵袭细胞中GABA信号更强。

Ras突变肿瘤中肿瘤源性GABA增加

对6例特征明确的CRC组织分析显示，Ras通路异常（KRAS/NRAS/BRAP突变）肿瘤的GABA水平显著高于野生型（P=0.0057）。患者来源类器官芯片模型证实，Ras突变类器官在培养过程中GABA分泌量随时间增加5倍。

抑制GAD1可减少Ras信号异常肿瘤的侵袭

在5例患者类器官芯片中，3-MPA仅选择性抑制Ras突变类器官（US、V8、UK）的侵袭（减少70-80%），对野生型无效。同源DLD1细胞系实验证实，3-MPA通过上调E-cadherin、下调Snail抑制KRAS突变细胞的EMT进程，但不影响增殖。

GAD1高表达预示Ras突变患者预后不良

TCGA和GSE39582队列分析显示，Ras突变肿瘤中GAD1表达显著增高（P<0.0001），且高GAD1组患者生存期更短（HR=1.45-1.67）。这为Ras突变CRC的预后评估提供了新标志物。

这项研究通过创新的器官芯片技术，首次将临床数据与机制研究无缝衔接，揭示了GABA能信号在结直肠癌进展中的关键作用。特别重要的是，研究发现Ras信号异常与GABA能微环境存在特殊"协同"关系：Ras突变不仅促进GAD1表达和GABA分泌，产生的GABA又通过β-catenin/EMT通路反馈增强肿瘤侵袭性，形成恶性循环。这一发现为理解KRAS突变肿瘤的侵袭特性提供了新视角，也为开发靶向GABA能信号的联合治疗策略奠定了理论基础。器官芯片与患者来源类器官的成功结合，更展示了这种微生理系统在转化研究中的独特价值，为个性化医疗提供了新的研究范式。