AURKA通过调节LGR5去泛素化介导幽门螺杆菌感染应答中的LGR5调控

《CELL DEATH AND DIFFERENTIATION》：AURKA regulates LGR5 in response to Helicobacter Pylori infection by modulating its deubiquitination

　　

Aurora激酶A（AURKA）在胃肠道肿瘤中常呈高表达。幽门螺杆菌（Helicobacter pylori，H. pylori）感染是胃癌发生的重要危险因素。LGR5作为胃组织中的干细胞标志物，在胃肿瘤发生中发挥重要作用。本研究旨在探讨胃癌中H. pylori感染应答过程中AURKA与LGR5之间的联系。研究人员分析了公开可获得的数据集、胃癌细胞系、患者来源类器官和异种移植模型（PDOs和PDXs）、小鼠模型以及去标识化的人体组织样本。结果发现，在胃癌组织中AURKA与LGR5表达水平之间存在显著相关性。体外与体内分析显示，H. pylori感染可诱导AURKA和LGR5蛋白水平均升高。利用细胞模型和PDO，研究人员证实LGR5的诱导依赖于AURKA；而AURKA的基因敲低或药理学抑制可通过增强LGR5泛素化而消除H. pylori诱导的LGR5升高。机制研究表明，AURKA与STAMBP发生相互作用，抑制LGR5去泛素化（deubiquitination），从而促进其稳定化。采用他莫昔芬诱导的Aurka条件性敲除（conditional knockout，CKO）小鼠模型Krt19CreErt/Aurka^flox/flox，研究人员检测到胃腺体中LGR5基础表达较低，且在H. pylori感染后其诱导幅度较对照组减弱。进一步将Aurka CKO小鼠与胃肿瘤发生模型Tff1^?/?杂交，构建Krt19CreErt/Aurka^flox/flox/Tff1^?/?小鼠模型。经他莫昔芬处理后，AURKA敲除显著降低LGR5蛋白水平，并导致胃窦厚度明显下降。在PDX模型中，AMG900（一种泛AURORA抑制剂）联合多西他赛较单药治疗更为有效，能够降低LGR5水平并抑制肿瘤生长。综上，AURKA与LGR5之间存在由STAMBP介导的功能性联系，该轴促进类干性特征并增强胃肿瘤发生中的细胞存活。靶向AURKA-LGR5轴可能成为一种潜在治疗策略。

该研究发表于《CELL DEATH AND DIFFERENTIATION》，聚焦幽门螺杆菌相关胃癌发生中的干性维持机制，核心问题是AURKA如何连接感染刺激与LGR5阳性肿瘤细胞扩增。胃癌是全球高负担恶性肿瘤，患者常在晚期确诊，现有治疗易受耐药与复发限制。其关键原因之一，是肿瘤中存在具有自我更新和治疗抵抗能力的干样细胞群。LGR5是胃上皮及胃癌中经典的干细胞标志物，既参与正常胃黏膜稳态，也参与肿瘤起始、进展和复发。另一方面，AURKA在胃癌等胃肠道肿瘤中经常扩增或过表达，除经典有丝分裂功能外，还可激活NF-κB、β-catenin、STAT3和EIF4E等促癌通路。然而，AURKA是否直接参与胃癌干性调控，尤其是在H. pylori感染背景下如何影响LGR5，既往并不清楚。基于此，研究人员围绕AURKA-LGR5轴展开系统研究，以阐明胃癌中感染驱动的干性维持分子基础，并评估其治疗潜力。

在研究设计上，研究人员整合了多层次证据链。首先对TCGA-STAD及多个GEO数据集进行生物信息学分析，评估AURKA与干性相关通路及LGR5表达的关联；随后在胃癌细胞系、人正常胃类器官、患者来源类器官（PDO）、患者来源异种移植模型（PDX）以及多种遗传工程小鼠模型中进行验证。尤其采用Krt19CreErt/Aurka^flox/flox胃上皮特异性条件敲除模型，以及与Tff1^?/?胃肿瘤模型杂交所得Krt19CreErt/Aurka^flox/flox/Tff1^?/?模型，用于分别检验感染诱导与肿瘤进展背景下AURKA对LGR5的作用。研究最终得出结论：H. pylori感染诱导AURKA升高，AURKA通过STAMBP调控LGR5去泛素化与蛋白稳定性，促进LGR5阳性干样细胞扩增、类器官生长和胃肿瘤发生；遗传敲除或药物抑制AURKA则可增强LGR5泛素化降解并抑制肿瘤生长。该发现建立了AURKA-STAMBP-LGR5信号轴，为胃癌干样细胞靶向治疗提供了新的机制依据。

主要技术方法概括：研究人员采用TCGA与7个GEO胃癌队列进行GSEA和相关性荟萃分析；使用AGS、STKM2细胞系，人正常胃类器官、患者来源胃癌类器官与去标识化人胃组织样本，结合H. pylori 7.13与PMSS1感染模型开展体外和体内实验；通过Krt19CreErt/Aurka^flox/flox和Krt19CreErt/Aurka^flox/flox/Tff1^?/?小鼠进行条件性基因敲除研究；采用Western blot、qRT-PCR、免疫荧光、免疫共沉淀、LGR5泛素化检测、CHX追踪实验、流式细胞术分选LGR5⁺细胞、类器官形成实验以及PDX药物干预评价治疗效果。

以下结合论文各结果小标题，对主体内容作凝练解读。

AURKA promotes organoids’ growth and increases LGR5 levels
研究首先从类器官增殖和LGR5表达入手评估AURKA功能。在小鼠胃类器官中，Krt19CreErt/Aurka^flox/flox来源类器官经他莫昔芬诱导删除Aurka后，类器官体积显著缩小，而野生型类器官无明显变化，说明Aurka对胃上皮类器官生长至关重要。相反，在人正常胃来源类器官中过表达AURKA可显著增大类器官体积。进一步通过TCGA-STAD和多个GEO队列的GSEA分析发现，AURKA高表达与干细胞分化、细胞分裂、增殖及β-catenin信号显著富集相关，提示其可能参与干性维持。相关性分析进一步显示，AURKA与胃癌干细胞标志物LGR5在多个数据集中呈显著正相关。功能验证表明，无论是在小鼠类器官、人胃癌细胞系，还是在人类胃类器官中，AURKA上调均伴随LGR5蛋白升高，而siRNA敲低AURKA或使用AMG-900抑制AURKA则使LGR5明显下降。这一部分建立了AURKA正向调控LGR5并促进胃类器官生长的基础证据。

H. pylori infection induces AURKA and LGR5 expression
随后研究人员考察H. pylori感染对AURKA与LGR5的影响。在正常人胃类器官中，H. pylori 7.13感染后，类器官数量和体积均增加，提示感染本身即可促进胃上皮扩增。免疫荧光结果显示，感染后AURKA与LGR5表达均显著增强，且共定位增加。在小鼠体内，PMSS1感染也显著提高胃窦部AURKA和LGR5表达，并由Western blot和qRT-PCR得到进一步支持。类似现象同样出现在AGS和STKM2细胞中：H. pylori感染诱导AURKA和LGR5共同升高。而CagA阴性菌株未能引起此类变化，说明该诱导效应与毒力相关。该部分结果证明，H. pylori感染可同步驱动AURKA与LGR5上调，提示两者可能构成感染相关胃癌进展中的功能联结。

AURKA knockdown suppresses H. pylori-dependent LGR5 induction
为验证AURKA是否是感染诱导LGR5升高所必需的上游节点，研究人员在感染条件下敲低AURKA。结果显示，AGS和STKM2细胞中AURKA缺失可显著降低LGR5蛋白水平，抑制H. pylori依赖性LGR5诱导。在Krt19CreErt/Aurka^flox/flox小鼠模型中，Aurka删除不仅降低感染后来源类器官的生长，还在体内显著削弱胃窦部LGR5表达。与感染对照相比，同时接受他莫昔芬和PMSS1处理的小鼠其LGR5明显降低，Aurka和Lgr5转录水平分析也支持Aurka在感染应答中的关键作用。进一步在人胃类器官中使用AMG-900抑制AURKA，同样可阻断H. pylori介导的LGR5升高并抑制类器官生长。由此可见，AURKA是H. pylori驱动LGR5积累和上皮扩增的重要效应分子。

AURKA knockdown suppresses tumorigenesis in the Tff1^?/? mouse model of gastric cancer
为了将上述发现推进到胃癌发生层面，研究人员利用Tff1^?/?胃肿瘤模型。既往工作已知Aurka在该模型中上调并促进炎症与肿瘤形成。本研究通过构建Krt19CreErt/Aurka^flox/flox/Tff1^?/?小鼠，实现胃上皮特异性Aurka可诱导敲除。结果显示，经他莫昔芬诱导Aurka CKO后，小鼠胃窦厚度和炎症评分显著下降，提示Aurka参与推动Tff1缺失背景下的肿瘤相关病理改变。由这些小鼠建立的类器官数量和体积亦明显减少，表明AURKA支持肿瘤相关上皮细胞的克隆扩增和类器官形成能力。该部分证明，在遗传性胃肿瘤发生背景中，AURKA是维持病变进展的重要因子。

Genetic deletion of Aurka reduces the population of LGR5⁺ cells in gastric tumors
进一步研究集中于Aurka删除对胃肿瘤中LGR5⁺细胞群的影响。免疫荧光和蛋白分析表明，Krt19CreErt/Aurka^flox/flox/Tff1^?/?小鼠经他莫昔芬处理后，胃肿瘤中LGR5蛋白明显下降。由该模型建立的类器官在体外诱导删除Aurka后，生长受抑且LGR5减少，而野生型类器官对他莫昔芬无此反应。流式细胞术进一步显示，Tff1^?/?背景本身伴随LGR5阳性细胞比例增加，而Aurka删除可显著减少该细胞群。更关键的是，从这些小鼠胃窦分选得到的LGR5⁺细胞建立类器官后，Aurka删除组形成能力明显下降，说明AURKA不仅影响LGR5表达，还影响LGR5⁺细胞的功能活性。病理学上，Aurka CKO小鼠的胃癌发生率下降，癌灶数减少。这表明AURKA通过维持LGR5⁺肿瘤干样细胞群，促进胃肿瘤形成。

AURKA regulates the stability of LGR5 by modulating its ubiquitination
在机制层面，研究发现AURKA敲低并未显著影响LGR5 mRNA，提示调控主要发生在转录后水平。CHX追踪实验显示，在AURKA敲低细胞中，LGR5蛋白降解明显加快。进一步在MG132存在下检测LGR5泛素化，发现AURKA敲低显著增加LGR5的泛素化水平，证明AURKA有助于抑制LGR5被泛素化并维持其稳定性。为寻找中介分子，研究人员筛查去泛素化酶，鉴定出STAMBP作为潜在关键因子。STAMBP在胃癌组织中高表达，且其表达与AURKA相关；AURKA敲低可降低STAMBP，而AURKA过表达可上调STAMBP。无论在细胞系、类器官还是Aurka条件敲除小鼠中，这一关系均得到支持。功能上，STAMBP敲低同样导致LGR5泛素化增加，并削弱H. pylori诱导的LGR5表达。免疫共沉淀实验显示，AURKA与STAMBP形成同一蛋白复合体，且H. pylori感染后两者相互作用增强。由此，论文提出AURKA通过STAMBP介导LGR5去泛素化，从而稳定LGR5蛋白的机制模型，这是全文最关键的机制创新。

Treatment with the AURKA inhibitor AMG-900 significantly reduced the growth of human gastric cancer tumoroids and patient-derived xenograft tumors
在转化医学层面，研究人员评估AURKA抑制的治疗意义。去标识化胃癌患者来源肿瘤类器官经AMG-900处理后，体积显著减小，且LGR5表达下降。随后在两种PDX模型中，将AMG-900与多西他赛单药及联合方案进行比较。结果显示，联合治疗较单药更显著抑制肿瘤体积增长并延长小鼠生存。短程治疗后的免疫荧光分析表明，联合治疗可显著降低AURKA和LGR5水平，同时减少Ki-67阳性增殖信号并增加cleaved caspase-3所示凋亡。人胃癌类器官和PDX中STAMBP与LGR5在AURKA抑制后亦同步下降。说明AURKA不仅是机制上的关键节点，也具备明确的药物干预价值，尤其在联合化疗时可增强抗肿瘤效果。

讨论部分总结
讨论部分强调，胃癌治疗失败的重要原因之一是具有干性特征的细胞群持续存在，而LGR5阳性细胞是其中代表。本文通过多组学分析、感染模型、条件敲除模型、类器官和PDX实验，系统证明AURKA是连接H. pylori感染与LGR5稳定化的中心分子。既往研究已表明AURKA可激活多种促癌通路，而本研究进一步揭示其在胃癌干性维持中的非经典功能，即通过调节STAMBP介导的去泛素化保护LGR5免于降解。Tff1^?/?模型中的结果则表明，该机制不仅影响分子表达，而且直接影响肿瘤细胞增殖、LGR5⁺细胞群扩增和癌变发生。结合PDX治疗结果，研究提出AURKA抑制可能有助于削弱LGR5⁺癌症干细胞（CSCs，癌症干细胞）相关的耐药、肿瘤起始和复发能力。整体而言，这项工作扩展了对胃癌感染驱动机制和干性调控网络的理解，并为开发靶向AURKA-STAMBP-LGR5轴的治疗策略提供了实验依据。

研究结论翻译：
总之，本研究强调了AURKA在胃肿瘤发生中的关键作用。AURKA作为一个重要信号枢纽，通过调节其去泛素化酶STAMBP，将H. pylori感染与LGR5蛋白稳定化联系起来。靶向AURKA或STAMBP有望成为破坏胃癌中富集干细胞样特征、且对治疗不敏感的癌细胞群体的潜在治疗策略。