《Journal of Cell Communication and Signaling》：Unveiling isoleucyl-tRNA synthetase 2 as a novel driver of breast cancer via β-catenin pathway activation
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乳腺癌是全球女性中最常见的恶性肿瘤。异亮氨酰-tRNA合成酶2（IARS2）作为氨酰-tRNA合成酶（ARSs）家族成员之一，可在多种癌症中促进肿瘤发生。本文对IARS2在乳腺癌中的作用及机制进行了研究。与正常组织相比，IARS2在乳腺癌组织中上调，并与乳腺癌
乳腺癌是全球女性中最常见的恶性肿瘤。异亮氨酰-tRNA合成酶2（IARS2）作为氨酰-tRNA合成酶（ARSs）家族成员之一，可在多种癌症中促进肿瘤发生。本文对IARS2在乳腺癌中的作用及机制进行了研究。与正常组织相比，IARS2在乳腺癌组织中上调，并与乳腺癌患者不良预后相关。为实现IARS2敲低和过表达，研究人员分别将携带靶向IARS2短发夹RNA（shRNA）的质粒及IARS2过表达质粒转染入乳腺癌细胞。结果表明，沉默IARS2可抑制乳腺癌细胞进展。IARS2缺失在MDA-MB-231细胞异种移植小鼠模型中减弱肿瘤生长。相反，IARS2过表达在体外加重细胞恶性行为，并在体内加速肿瘤生长。在机制上，IARS2耗竭促进乳腺癌细胞中β-catenin的泛素化介导降解。值得注意的是，β-catenin抑制剂XAV-939可逆转IARS2驱动的乳腺癌恶性进展。此外，基于mRNA-seq结果，在IARS2过表达且是否接受XAV-939处理的乳腺癌细胞中鉴定出差异表达基因。总体而言，研究结果揭示沉默IARS2可阻断β-catenin信号轴，从而抑制乳腺癌进展。IARS2有望成为乳腺癌干预的潜在新型治疗靶点。
该论文发表于《Journal of Cell Communication and Signaling》，围绕异亮氨酰-tRNA合成酶2（IARS2，线粒体异亮氨酰tRNA合成酶）在乳腺癌中的促癌作用展开系统研究。乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一，尽管外科手术、化疗及靶向治疗不断进步，耐药与复发仍显著限制临床获益，因此寻找新的分子治疗靶点具有重要意义。氨酰-tRNA合成酶（ARSs）传统上被认为参与蛋白质翻译过程，但近年来越来越多证据表明，该家族成员还参与肿瘤细胞生长、分化、转录调控及血管生成等多种病理过程。IARS2此前已在胶质母细胞瘤、非小细胞肺癌、胃癌、结肠癌和宫颈癌等多种肿瘤中被报道具有致癌效应，但其在乳腺癌中的具体功能及分子机制尚不明确。鉴于公开数据库提示IARS2在乳腺癌中高表达且与不良预后相关，同时已有研究显示IARS2与β-catenin信号调节存在关联，因此开展本研究具有明确的问题导向和理论基础。
研究人员首先从临床相关性入手，结合公共数据库与临床样本分析IARS2在乳腺癌中的表达特征及预后意义，继而在细胞与动物水平系统评估IARS2对乳腺癌增殖、细胞周期、凋亡、迁移、侵袭及成瘤能力的影响，并重点解析其是否通过β-catenin信号通路发挥作用。研究结果表明，IARS2在乳腺癌组织中明显上调，高表达与患者较差生存结局相关；功能上，IARS2促进乳腺癌细胞增殖、细胞周期进展、迁移和侵袭，并抑制细胞凋亡；在体内，IARS2增强异种移植瘤生长。机制研究进一步证实，IARS2通过维持β-catenin稳定性并增强其转录活性促进乳腺癌进展，而沉默IARS2则通过促进β-catenin泛素化降解而抑制该信号轴。该研究的重要意义在于，明确了IARS2是乳腺癌中的潜在致癌驱动因子，并提出IARS2/β-catenin轴可能成为新的治疗干预方向。
本研究主要采用以下关键技术方法：首先基于GSE45827、UALCAN-TCGA、Kaplan–Meier plotter及Human Protein Atlas数据库开展生物信息学分析；随后纳入30对乳腺癌及癌旁组织检测IARS2 mRNA，并对56例乳腺癌组织进行免疫组织化学（IHC）检测蛋白表达。体外实验使用MDA-MB-231与BT-20细胞，通过shRNA和过表达质粒构建稳定细胞株，结合qRT-PCR、Western blot、CCK-8、流式细胞术、划痕实验、侵袭实验、免疫荧光、双荧光素酶报告、CHX降解实验及共免疫沉淀（co-IP）评估功能与机制。体内采用MDA-MB-231异种移植裸鼠模型。另通过mRNA-seq比较IARS2过表达并经XAV-939处理前后的转录变化。
一、Upregulated IARS2 in breast cancer was associated with poor prognosis
研究人员首先通过GSE45827和UALCAN-TCGA数据库分析发现，IARS2在乳腺浸润性癌（BRCA）组织中较正常乳腺组织显著上调。随后对30对临床乳腺癌与癌旁组织进行qRT-PCR验证，证实IARS2 mRNA在肿瘤组织中升高。Kaplan–Meier plotter和TCGA生存分析进一步显示，IARS2高表达与乳腺癌患者较差预后相关。Human Protein Atlas数据库及56例乳腺癌组织IHC结果共同支持IARS2蛋白在乳腺癌中高表达。该部分结论是：IARS2在乳腺癌中异常高表达，并具有不良预后指示价值。
二、IARS2 enhanced breast cancer cell proliferation and accelerated cell cycle progression
在MDA-MB-231和BT-20细胞中，研究人员分别构建IARS2稳定敲低和过表达细胞株，并通过qRT-PCR及Western blot验证操作成功。CCK-8实验显示，敲低IARS2抑制细胞增殖，而过表达IARS2增强增殖能力。流式细胞术分析显示，IARS2缺失诱导细胞周期阻滞，而IARS2过表达促进细胞周期推进。Western blot结果进一步表明，IARS2敲低降低cyclin D1并升高p21，提示其通过调控G
1/S期转换相关分子促进细胞周期进展。该部分说明IARS2是乳腺癌细胞增殖与周期推进的重要正调控因子。
三、IARS2 knockdown accelerated cell apoptosis and inhibited cell migration and invasion in breast cancer cells
在两种乳腺癌细胞中，流式细胞术结果显示，IARS2沉默显著提高凋亡细胞比例；相反，IARS2过表达降低凋亡水平。机制上，IARS2敲低增强caspase-3和caspase-9活性，升高促凋亡蛋白Bax并降低抗凋亡蛋白Bcl-2；过表达则表现出相反趋势。与此同时，划痕实验与侵袭实验显示，IARS2敲低削弱细胞迁移与侵袭能力，而IARS2过表达则增强这些恶性表型。该部分表明，IARS2不仅促进乳腺癌细胞生长，还抑制凋亡并增强转移相关能力。
四、IARS2 facilitated breast cancer growth in the xenograft mouse model, involving β-catenin signaling
为评估IARS2在体内的作用，研究人员将IARS2敲低或过表达的MDA-MB-231细胞皮下接种于裸鼠。结果显示，敲低IARS2减缓肿瘤体积增长并降低瘤重，而过表达IARS2则显著促进肿瘤生长。IHC和Western blot均表明，IARS2水平变化与肿瘤组织中β-catenin蛋白丰度变化一致：IARS2沉默降低β-catenin，IARS2过表达升高β-catenin。同时，β-catenin经典靶基因c-Myc、cyclin D1和Axin-2也随IARS2变化而同步下调或上调。该部分说明，IARS2在体内促进乳腺癌成瘤，并伴随β-catenin信号激活。
五、Silencing IARS2 promoted the ubiquitination and degradation of β-catenin in breast cancer cells
在机制层面，研究人员进一步探讨IARS2如何调控β-catenin。Western blot显示，IARS2敲低升高磷酸化β-catenin〔p-β-catenin（Ser33/37/Thr41）〕水平。免疫荧光结果表明，IARS2沉默减少β-catenin核转位。双荧光素酶报告实验进一步证实，IARS2敲低抑制β-catenin转录活性。CHX追踪实验显示，缺失IARS2加速β-catenin蛋白降解；在MG132处理基础上进行co-IP发现，IARS2敲低增强β-catenin泛素化。上述结果在MDA-MB-231和BT-20细胞中具有一致性。该部分核心结论是：IARS2通过抑制β-catenin的泛素化-蛋白酶体降解来维持其稳定性和核功能，沉默IARS2则削弱该信号通路。
六、β-Catenin inhibition blocked IARS2-triggered malignant progression in breast cancer cells
为验证β-catenin是否是IARS2致癌效应的关键介质，研究人员在IARS2过表达的MDA-MB-231细胞中加入β-catenin抑制剂XAV-939。结果显示，XAV-939可逆转IARS2诱导的细胞增殖增强和细胞周期推进，并降低β-catenin蛋白水平及其转录活性。该部分从药理抑制角度证明：IARS2促进乳腺癌恶性进展依赖β-catenin信号激活。
七、mRNA-seq analyzed β-catenin-related genes regulated by IARS2 in breast cancer cells
为进一步解析IARS2/β-catenin轴下游转录程序，研究人员对vector组、IARS2过表达+DMSO组及IARS2过表达+XAV-939组进行mRNA-seq分析。通过筛选在IARS2过表达时上调、且经XAV-939后下调的共同差异表达基因，共获得126个候选基因。再与GeneCards中乳腺癌相关基因集取交集并进行相关性评分过滤，最终得到26个高相关基因。结合文献证据，选择ID3、DROSHA和LDHA进行重点验证。测序数据及qRT-PCR均显示，IARS2过表达上调ID3、DROSHA和LDHA，而XAV-939使其下调。进一步在IARS2过表达细胞中敲低这些基因，可削弱IARS2诱导的增殖效应。该部分说明，ID3、DROSHA和LDHA是IARS2/β-catenin轴介导促增殖表型的重要下游效应分子。
讨论部分围绕三个层面展开。首先，研究结合数据库、临床样本、细胞实验和动物模型，多维度确证IARS2在乳腺癌中高表达并具有促癌作用，填补了该分子在乳腺癌研究中的空白。其次，机制上，文章将IARS2与β-catenin稳定性调控联系起来，指出IARS2通过抑制β-catenin泛素化降解、促进其核转位及转录活性，进而推动乳腺癌恶性进展。再次，转录组结果扩展了该信号轴的下游网络，提示IARS2可能通过调控ID3、DROSHA、LDHA以及c-Myc、cyclin D1、Axin-2等β-catenin相关靶基因，共同驱动肿瘤进展。文章同时指出研究局限，包括IHC正常对照样本不足、β-catenin抑制救援实验主要在MDA-MB-231细胞中完成、体内机制验证尚不够直接，以及ID3、DROSHA、LDHA的精确调控机制仍待进一步阐明。
研究结论部分可译为：研究证实，与邻近非肿瘤组织相比，乳腺癌组织中IARS2表达升高。IARS2促进乳腺癌细胞进展，并增强接种乳腺癌细胞小鼠的肿瘤生长。在机制上，IARS2在小鼠异种移植模型中上调β-catenin表达；敲低IARS2则促进乳腺癌细胞中β-catenin的泛素化介导降解。IARS2可能通过激活β-catenin信号通路在乳腺癌中发挥肿瘤促进因子的作用。
