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随着PHGDH在癌症中的作用被陆续报道，近来有关PSAT1促进癌症发展的相关研究也取得了一定进展。PSAT1已被证实在多种癌症，比如卵巢癌和结直肠癌中过表达，并作为其预后标志物，参与到癌症发生发展的过程中。今年3月，Zhu等作者在名为“ER阴性乳腺癌中上调的PSAT1，通过稳定Notch1和β-catenin进而调控乳腺癌转移”的文章中指出PSAT1在转移性乳腺癌中表达上调，并通过促进乳腺癌细胞侵袭、迁移、增殖、抗凋亡和血管生成等途径来介导其转移过程。其中，PSAT1抑制泛素化介导的β-catenin和Notch1降解，导致Notch和β-catenin信号通路上调，最终实现对转移过程的促进。 ——生物学背景—— 乳腺癌在全世界女性中发病率最高，死亡率仅次于肺癌。远端转移是乳腺癌死亡的主要原因。虽然诸多报道称，在多种类型的癌症中磷酸丝氨酸氨基转移酶（PSAT1）均上调，但其在乳腺癌中的具体作用以及在远端转移中的潜在机制尚不清楚，有待进一步探究。 ——实验结果—— 研究伊始，为鉴别乳腺癌转移过程的关键调控因子和潜在治疗靶点。作者对GEO数据库中数据集进行分析后发现，无论是在具有高转移能力的乳腺癌细胞中还是在原发性乳腺癌的转移灶，PSAT1均为显著上调的基因之一。此外，作者还分析发现，PSAT1在ER-乳腺癌中表达显著上调。通过WB和qRCR实验，作者证实了ER-乳腺癌细胞中PSAT1的mRNA和蛋白水平明显高于正常乳腺癌细胞株；而ER+细胞中PSAT1表达水平要低于正常上皮细胞；同样地，在ER+、ER-乳腺癌及癌旁组织中也得到了类似的结果。因为，ER-乳腺癌患者相比ER+患者更容易发生远端转移，因此作者推测PSAT1上调可能是ER-高转移能力的原因。为了验证该假设，作者对获得的脑转移性或骨转移性MDA-MB-231细胞系进行qPCR发现，PSAT1在这两种具有很强转移能力的乳腺癌细胞中显著上调。此外，对TCGA中乳腺癌患者数据集进行分析发现，PSAT1的表达与介导上皮间质转化(EMT)的CDH2、SNAI1、SNAI2和VIM等基因呈正相关。 为了进一步验证PSAT1能否促进乳腺癌的远端转移，作者分别构建了PSAT1稳定过表达或敲低的乳腺癌细胞系。将PSAT1过表达或敲低的MDA-MB-231-luc乳腺癌细胞注入裸鼠左心室，体内成像结果显示，PSAT1过表达后乳腺癌细胞的转移能力明显增强（尤其是骨转移）。而PSAT1敲低后，乳腺癌细胞转移能力显著降低。HE染色实验结果也与该结论相吻合。这些结果表明PSAT1与乳腺癌的远端转移密切相关（图1）。
图1. PSAT1促进乳腺癌体内远端转移 乳腺癌远端转移受多个生物学过程的调控，包括EMT介导的侵袭和迁移、抗凋亡、肿瘤干细胞形成和促进转移灶的血管新生等过程。为进一步探究PSAT1促进乳腺癌转移的具体机制，作者通过transwell和伤口愈合实验证实，过表达PSAT1确实具有促进乳腺癌细胞的侵袭和迁移的能力。通过qPCR检测发现，在PSAT1过表达细胞系中EMT相关分子标志物、以及增殖和抗凋亡相关基因的表达上调，而敲低组趋势相反。在菌落形成实验中，PSAT1表达上调导致菌落数量增加，而敲低组反之。在成球实验中，过表达PSAT1可显著促进乳腺癌细胞的成球能力。与此同时，肿瘤干细胞相关标志物在PSAT1过表达的乳腺癌细胞中上调，暗示PSAT1具备调控肿瘤细胞干性的可能性。此外，过表达PSAT1的乳腺癌细胞中血管生成标志物也明显上调。上述研究结果表明，PSAT1可以促进乳腺癌细胞EMT、增殖、抗凋亡、干细胞和血管生成等过程进而调控乳腺癌转移能力。 为了阐明PSAT1诱导乳腺癌侵袭的分子机制。作者通过qRT-PCR检测了PSAT1过表达或缺失的乳腺癌细胞中几种癌症相关信号通路下游基因(Notch、Wnt/β-catenin、NF-κ b、HIF-1、TGF-β和MAPK)的表达水平。其中，β-catenin和Notch通路的大多数分子在PSAT1过表达乳腺癌细胞中上调，而在PSAT1敲低组细胞中相反(图2A)。在荧光素酶报告基因实验中，过表达PSAT1显著激活β-catenin和Notch的转录，而沉默PSAT1则产生相反的效果(图2B-C)。GSEA分析(图2D)结果显示PSAT1过表达与Notch和Wnt/β-catenin信号通路的富集有关。随后，作者进一步探讨了PSAT1调控β-catenin和Notch信号通路的机制。过表达PSAT1明显增加Notch1和β-catenin蛋白水平。通过293T细胞的免疫共沉淀(Co-IP)实验，作者发现PSAT1可以与NUMB互作，并干扰后者与Notch1和β-catenin的结合，导致这两个蛋白的泛素化减少。同时，用环己酰亚胺(CHX)进一步处理细胞，以抑制蛋白质的生物合成。结果发现，PSAT1的过表达显著延长了NICD1和β-catenin的半衰期，而PSAT1沉默导致二者的半衰期缩短。综上所述，PSAT1抑制泛素化介导的β-catenin和Notch1降解，导致Notch和Wnt/β-catenin信号通路的激活。
图2.PSAT1通过稳定β-catenin和Notch1蛋白上调β-catenin和Notch信号通路。 鉴于Notch和β-catenin信号通路在癌症转移(包括增殖、EMT、干细胞和血管生成)调控中的关键作用，作者推测PSAT1可能通过上调这些通路进而促进乳腺癌转移。作者发现在过表达NICD1和β-catenin的PSAT1敲低细胞中，EMT、增殖、干性和血管生成的相关分子标志物均显著上调(图3B)。在NICD1和β-catenin过表达条件下，PSAT1 敲低细胞的成球能力、侵袭能力显著增强(图3C、D)。上述结果进一步证实PSAT1通过β-catenin和Notch信号通路介导乳腺癌远端转移。
图3.PSAT1通过上调β-catenin和Notch信号通路来调控乳腺癌细胞的侵袭性。 ——小结—— 本文发现，PSAT1在转移性乳腺癌中表达上调，并且在体外和体内均能促进远端转移。PSAT1通过促进乳腺癌细胞的侵袭、迁移、增殖、抗凋亡、干性和血管生成等途径进而促进乳腺癌远端转移。从机制上讲，PSAT1通过抑制NUMB与Notch1和β-catenin的结合来激活Notch和β-catenin通路。总的来说，PSAT1是乳腺癌远端转移的关键调控因子，可作为乳腺癌不良预后的标志物。 参考文献： [1]. Shuxuan Zhu, et al. Stabilization of Notch1 and β-catenin in response to ER-breast cancer-specific up-regulation of PSAT1 mediates distant metastasis[J]. Transl Oncol, 2022. |
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