《Cancer Letters》：Aldo-keto reductase family 1 member C3 suppresses Glioma progression via inhibiting prostaglandin D2-dependent RhoA/ROCK signaling
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Jie Wang|Huihao Ma|Baozhi Feng|Yan Fu|Chunlin Lu|Mingyang Fei|Yuxin Zhang|Bin Dong|Ying Li|Jing Liu中国大连市116011，大连医科大学附属第一医院干细胞临床研究中心摘要醛酮还原酶家
Jie Wang|Huihao Ma|Baozhi Feng|Yan Fu|Chunlin Lu|Mingyang Fei|Yuxin Zhang|Bin Dong|Ying Li|Jing Liu
中国大连市116011，大连医科大学附属第一医院干细胞临床研究中心
摘要
醛酮还原酶家族1成员C3（AKR1C3）是一种关键的代谢酶，参与花生四烯酸的代谢以及癌症的代谢重编程，在胶质母细胞瘤的发病和进展中起着重要作用。我们整合了单细胞数据和转录组数据，以分析胶质母细胞瘤中的花生四烯酸代谢特征，并确定关键基因AKR1C3。通过CCK8检测、伤口愈合实验、Transwell实验和小鼠肿瘤形成实验，我们阐明了AKR1C3的作用机制。此外，我们还通过双荧光素酶报告基因实验和ChIP-PCR实验研究了转录因子JUN对AKR1C3表达的调控作用。RNA-seq分析结合拯救实验表明，AKR1C3可显著调控RhoA/ROCK通路。花生四烯酸代谢与胶质瘤的临床预后密切相关，而AKR1C3则是该通路中的关键基因。AKR1C3基因敲低会促进肿瘤细胞的增殖、迁移和侵袭，而过表达则能抑制这些恶性行为。体内实验进一步证实了AKR1C3对胶质瘤进展的抑制作用。双荧光素酶报告基因实验和ChIP-PCR实验表明，JUN是AKR1C3的上游调控因子。ELISA检测结果显示，AKR1C3过表达会降低细胞内的PGD2水平。RNA-seq分析显示，RhoA/ROCK通路是AKR1C3的下游效应通路，外源性补充PGD2可逆转AKR1C3对该通路的调控作用。我们发现天然产物姜黄素具有抗癌症代谢调控作用，它能抑制JUN的表达，从而激活JUN/AKR1C3轴，进而抑制胶质母细胞瘤细胞的恶性表型。JUN/AKR1C3轴通过调控PGD2介导的RhoA/ROCK信号通路来影响胶质瘤的进展。
引言
胶质瘤是一类起源于胶质细胞的原发性脑肿瘤，占所有中枢神经系统肿瘤的约30%，以及所有恶性脑肿瘤的80%。根据世界卫生组织的分类，胶质瘤分为I至IV级，等级越高通常意味着恶性程度越高、生长速度越快、侵袭性越强。其中，胶质母细胞瘤（WHO IV级）是成人中最常见且最具侵袭性的恶性胶质瘤，预后较差。尤其是像胶质母细胞瘤这样的高级别胶质瘤，其肿瘤微环境具有很强的适应性，能够支持肿瘤在不良环境中的快速增殖和存活[1]。其核心的代谢特征是在有氧条件下仍优先通过有氧糖酵解将葡萄糖转化为乳酸，而非进行高效的氧化磷酸化[2]。此外，胶质瘤细胞还能灵活利用脂肪酸氧化等替代能源，并大量合成胆固醇和脂质，以满足细胞膜快速扩张的需求。
花生四烯酸是一种重要的ω-6多不饱和脂肪酸，主要以酯化形式储存在细胞膜中的磷脂中。它的代谢涉及一个极为复杂且精密调控的代谢网络，在生理和病理过程中都起着重要的信号分子作用。在生长因子、激素或损伤的刺激下，磷脂酶A2会被激活，从而从细胞膜上水解出花生四烯酸。随后，花生四烯酸会通过三种主要的酶促途径被迅速代谢：环氧化酶途径、脂氧合酶途径以及细胞色素P450环氧合酶途径。这些代谢产物在肿瘤的发生和发展中起着重要作用。研究表明，磷脂酶A2的磷酸化可抑制胶质瘤细胞的生长[3,4]；相反，一种负责花生四烯酸代谢的酶——15-脂氧合酶-1，在体外实验中对胶质母细胞瘤具有促肿瘤作用[5]。另一种花生四烯酸代谢酶乙酰辅酶A合成酶4也能增强胶质瘤细胞的自我更新能力[6]。花生四烯酸5-脂氧合酶激活蛋白在花生四烯酸向白三烯的转化过程中起着关键作用，可能作为预测胶质瘤患者预后和免疫疗法反应的潜在生物标志物[7]。这些研究结果表明，多种花生四烯酸代谢酶都参与了胶质瘤的发病和进展。
本研究通过单细胞RNA测序和常规RNA测序，筛选出了醛酮还原酶家族1成员C3（AKR1C3）这种与胶质瘤相关的花生四烯酸代谢酶。先前的研究表明，抑制AKR1C3的活性可通过将PGD2的代谢方向转向15d-PGJ2，从而产生氧化环境，增加活性氧的生成[8,9]，这说明AKR1C3参与了PGD2的降解过程，也与花生四烯酸的代谢密切相关。此外，我们还利用细胞模型和原位动物脑模型，研究了AKR1C3如何影响胶质瘤的增殖和转移。
章节要点
单细胞RNA测序的数据来源与分析
本研究从GEO数据库中获取了7组胶质瘤的单细胞数据。这些数据集分别为GSE103224、GSE138794、GSE141383、GSE162631、GSE182109、GSE223063和GSE235676，共计包含83个胶质瘤样本。我们使用Seurat软件对这些数据集进行了处理（最小细胞数=3，最小特征数=200），进行了质量控制（nCount_RNA≥1000，nFeature_RNA为200-7000，线粒体比例≤20%），之后将它们合并为一个统一的数据集。最终得到的数据集包含
胶质瘤微环境中的花生四烯酸代谢特征
这项研究是对胶质瘤数据的大规模分析，结合了RNA测序和单细胞RNA测序技术，涵盖了496名患者和361828个细胞。研究认为，RNA测序数据包含了多种类型的肿瘤细胞，其基因表达反映了单细胞RNA测序数据中不同细胞类型的整体表达情况，因此能够全面呈现肿瘤组织的遗传特征。通过对单细胞RNA测序数据进行细胞聚类和注释，共得到了46个细胞群（见补充图。
讨论
AKR1C3属于醛酮还原酶超家族，主要功能是催化各种激素、神经递质和药物中的酮基和醛基的还原反应。它还参与性激素的代谢，影响细胞的增殖和炎症反应。该基因在肝脏、前列腺和肾上腺等组织中均有表达，与激素依赖性癌症的进展以及化疗效果密切相关。
伦理审批与知情同意
所有的动物实验及相关操作均经过了大连医科大学动物伦理委员会的审核批准，且严格按照实验室动物护理和使用的相关规范进行。本研究中所有人类样本的使用也得到了大连医科大学附属第一医院伦理委员会的许可，相关操作均符合《赫尔辛基宣言》的要求。在开展研究之前，我们已经获得了所有患者的书面知情同意。
数据可用性声明
本研究中使用的公共数据可在TCGA和GEO网站上获取。如有合理需求，相应的序列数据也可向通讯作者索取。
资金支持
本研究得到了中国辽宁省自然科学基金项目（项目编号：2025-BS-0679）、中国辽宁省重点研发计划项目（项目编号：2025JH2/101800206）以及辽宁省教育厅优秀学生项目（项目编号：2024C024）的支持。
CRediT作者贡献说明
Jie Wang：概念设计、数据整理、研究实施、方法学设计、初稿撰写。Huihao Ma：正式分析、方法学设计、软件应用、结果验证。Baozhi Feng：数据整理、正式分析、方法学设计。Yan Fu：数据整理、方法学设计、软件应用、结果可视化。Chunlin Lu：方法学设计、软件应用、结果验证。Mingyang Fei：数据整理、方法学设计、结果验证。Yuxin Zhang：方法学设计、软件应用。Bin Dong：概念设计、资金筹集、项目管理，
