硫氧还蛋白还原酶-1经TGF-β1介导促进非小细胞肺癌的细胞可塑性与干性

《Cancer Biology & Therapy》：Thioredoxin reductase-1 facilitates cellular plasticity and stemness mediated by TGF-β1 in non-small cell lung cancer

　　

背景：细胞可塑性和上皮-间质转化（EMT）促进非小细胞肺癌（NSCLC）的发生和发展。硫氧还蛋白还原酶1（TXNRD1）是一种关键的氧化还原酶，已被认为与恶性肿瘤相关，但其在NSCLC中的机制仍不清楚。研究人员检验了TXNRD1是否通过调控TGF-β₁自分泌信号来驱动EMT和干性。

材料：研究人员在TCGA和GEO数据库中分析了分期进展相关基因谱，并重点关注氧化还原基因家族。研究人员通过过表达或敲降在A549、H226和H1299细胞中操作TXNRD1，随后进行迁移/侵袭实验、球体形成实验、细胞因子ELISA检测，以及用于EMT标志物的RT-qPCR/蛋白质印迹。研究人员使用RNA-seq及通路富集分析来识别下游程序。研究人员利用TXNRD1野生型（WT）细胞、TXNRD1缺陷细胞以及经TRi-1处理的TXNRD1缺陷细胞建立了原位肺癌小鼠模型，并在移植后6周和12周通过生物发光成像监测肿瘤进展。

结果：TXNRD1表达在晚期NSCLC中升高约2倍，并在肿瘤组织中得以验证。CRISPR/Cas9或siRNA敲降降低了A549和H226细胞中EMT相关基因的表达并减少了TGF-β₁的产生。在H1299细胞中，TXNRD1过表达增加了EMT和干性标志物，并产生了更大、更致密且数量更多的球体。RNA-seq表明TXNRD1通路通过自分泌环路激活TGF-β₁通路，以促进EMT、迁移能力和干性；敲降或抑制TXNRD1在体内抑制了转移性肿瘤生长。

结论：该研究将TXNRD1鉴定为NSCLC中通过TGF-β₁通路调控细胞可塑性和转移的关键调节因子，提示靶向TXNRD1可能降低转移潜能并改善患者生存。

论文解读：TXNRD1通过TGF-β₁介导细胞可塑性与干性促进非小细胞肺癌进展

肺癌是全球最常见的恶性肿瘤，每年新发病例约200万例，死亡约170万例，是癌症相关死亡的首要原因。其中约80%–85%为非小细胞肺癌（NSCLC），主要包括肺腺癌和肺鳞癌。NSCLC的发生发展受吸烟、二手烟、环境因素及遗传易感性等多重因素影响。尽管靶向治疗和免疫治疗取得一定进展，但仅少数晚期患者获益，因此鉴定与预后相关的驱动基因并阐明其机制对于开发有效抗癌策略至关重要。癌细胞常因代谢失调和增殖需求增加而处于氧化应激状态，并通过上调抗氧化分子将活性氧（ROS）维持在细胞毒性阈值以下。硫氧还蛋白（TXN）系统包括TXN、硫氧还蛋白还原酶（TXNRD1、TXNRD2、TXNRD3）、硫氧还蛋白相互作用蛋白（TXNIP）及NADPH，是维持氧化还原稳态的核心。TXNRD1是一种胞质黄素腺嘌呤二核苷酸氧化还原酶，在多种癌症中过表达，并与NRF2通路激活和肿瘤复发相关。然而，TXNRD1在NSCLC进展中的具体作用机制尚不清楚。转化生长因子β₁（TGF-β₁）是驱动上皮-间质转化（EMT）和肿瘤干性的关键细胞因子。本研究旨在阐明TXNRD1是否通过TGF-β₁自分泌信号调控NSCLC的细胞可塑性和干性。研究人员利用公共数据库和实验模型开展了系统研究，论文发表在《Cancer Biology 》，揭示了TXNRD1通过TGF-β₁自分泌信号驱动NSCLC细胞可塑性和干性的机制，为靶向治疗提供了新策略。

主要技术方法包括：①公共数据库分析：从TCGA（UCSC Xena）和GEO（GSE14108、GSE14814、GSE27716、GSE30219、GSE31210、GSE33532、GSE31546、GSE37745、GSE43580、GSE68465等10个数据集）获取转录组和临床数据，进行差异表达、生存分析和多变量Cox回归；②体外功能实验：在A549、H1299、H226、H1975细胞中通过CRISPR/Cas9、siRNA或过表达操作TXNRD1，运用Transwell迁移/侵袭、球体形成、RT-qPCR、Western blot、ELISA和TGF-β₁启动子荧光素酶报告基因检测；③RNA-seq及通路富集分析（GSEA、IPA）；④临床样本验证：使用商业人NSCLC组织芯片进行免疫组化（IHC）检测TXNRD1表达；⑤体内模型：建立原位肺癌小鼠模型（NOD/SCID小鼠，左胸膜腔注射A549-luc细胞），用生物发光成像监测肿瘤，并给予TXNRD1抑制剂TRi-1处理。样本队列来自TCGA和GEO公共数据库，人类组织芯片来自SUPER BIO CHIPS公司。

研究结果如下：

**TXNRD1是NSCLC患者中最显著的分期进展相关基因。** 研究人员从TCGA数据库分析不同临床分期的转录组，聚焦TXN、SOD、GPX家族等抗氧化防御基因。结果发现TXNRD1表达在肿瘤中随分期升高，尤其在III/IV期明显高于I/II期和正常组织；其他家族基因如TXN2、SOD2、GPX2等无一致趋势。多变量Cox回归显示TXNRD1高表达与较差总生存独立相关（风险比=1.10，p=0.016），提示其是独立预后因素。

**TXNRD1与NSCLC患者肿瘤复发相关。** TCGA数据显示TXNRD1在转移灶中表达高于原发灶；GEO独立数据集验证其在肿瘤中高表达。Kaplan-Meier分析显示高TXNRD1表达与较低总生存、无复发生存和无进展生存相关。人组织芯片免疫组化显示TXNRD1蛋白在晚期（III-IV）肿瘤中高表达比例更高，且高表达患者生存率显著降低（p=0.0008），表明TXNRD1与肿瘤进展和复发相关。

**TXNRD1增强NSCLC细胞的运动能力和癌症