论文标题：Polymorphism in the Hsa-miR-4274 seed region influences the expression of PEX5 and enhances radiotherapy resistance in colorectal cancer

期刊：MedScience

作者：Qixuan Lu, Ningxin Ren, Hongxia Chen, Shaosen Zhang, Ruoqing Yan, Mengjie Li, Linlin Zheng, Wen Tan, Dongxin Lin

发表时间：27 Jun 2024

DOI：10.1007/s11684-024-1082-6

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导 读

中国医学科学院肿瘤医院谭文、林东昕等在Frontiers of Medicine发表研究论文《Hsa-miR-4274种子区多态性影响PEX5的表达，增强结直肠癌放疗抵抗性》（Polymorphism in the Hsa-miR-4274 seed region influences the expression of PEX5 and enhances radiotherapy resistance in colorectal cancer）。本研究发现，位于miR-4274种子区的多态性rs1553867776通过下调其靶基因过氧化物酶体生物生成因子5（PEX5）的表达，抑制电离辐射诱导的铁死亡并阻碍Ku70介导的DNA损伤修复，从而增强了结直肠癌的放疗抵抗性，提示该通路可作为预测放疗疗效的潜在生物标志物和治疗靶点。

结直肠癌是全球范围内最常见的恶性肿瘤之一，也是癌症相关死亡的主要原因。随着发病年龄的年轻化和晚期病例的增加，寻找有效的治疗策略显得尤为迫切。放疗作为结直肠癌综合治疗的重要手段，能够显著改善患者预后，但其疗效常因个体间的放疗抵抗性而受限。放疗抵抗涉及多种生物学机制，其中DNA双链断裂修复能力的增强是关键因素之一。在人类细胞中，非同源末端连接（NHEJ）是修复电离辐射（IR）所致DNA双链断裂的主要途径，而Ku70/Ku80异源二聚体是此通路的核心组件。近年来，微小RNA（miRNA）作为转录后调控因子，其功能日益受到关注。miRNA种子区的单核苷酸多态性（SNP）可能通过影响miRNA与靶信使RNA（mRNA）的结合，从而改变基因表达和细胞表型。然而，miRNA多态性在结直肠癌放疗抵抗中的具体作用机制尚未明确。

中国医学科学院肿瘤医院谭文、林东昕等通过一项研究，深入探讨了团队前期发现的、位于hsa-miR-4274种子区的多态性位点rs1553867776，并阐明了其影响结直肠癌放疗敏感性的分子机制。通过综合运用生物信息学分析、细胞功能实验与动物模型验证，本研究系统揭示了miR-4274通过调控其靶基因过氧化物酶体生物生成因子5（PEX5）的表达，进而影响DNA损伤修复与铁死亡，最终调节放疗效果的信号轴。

研究首先通过多数据库交叉预测并结合实验验证，确认PEX5是miR-4274的直接靶基因。荧光素酶报告基因实验表明，miR-4274模拟物（尤其是模拟缺失型等位基因转录产物的模拟物）能显著抑制携带野生型PEX5 3非翻译区（3UTR）的报告载体活性，而此效应在PEX5 3UTR突变体中消失。蛋白质印迹分析进一步证实，转染模拟缺失型的miR-4274模拟物可降低PEX5蛋白水平，而抑制miR-4274则上调其表达（图1）。这提示rs1553867776变异通过改变miR-4274与PEX5 mRNA的结合效率，在转录后水平调控PEX5蛋白丰度。

图1 PEX5是miR-4274在结直肠癌中的靶基因

为明确PEX5在放疗反应中的功能，研究团队构建了PEX5过表达和敲除的结直肠癌细胞系。功能实验显示，敲低PEX5能促进细胞增殖并增强其对电离辐射的抵抗，而过表达PEX5则显著提高了细胞的放疗敏感性（图2）。机制研究表明，PEX5与Ku70在细胞质中存在相互作用。免疫共沉淀和免疫荧光实验证实了二者的结合，并揭示PEX5能够滞留Ku70于细胞质中，阻止其核转位，从而抑制细胞核内Ku70/Ku80复合物的形成及其介导的非同源末端连接修复。在PEX5敲除细胞中，核内Ku70水平升高，DNA双链断裂标志物γ-H2AX的表达降低，DNA损伤修复能力增强；反之，PEX5过表达加剧了电离辐射引起的DNA损伤（图3、图4）。

图2 PEX5介导结直肠癌的放疗敏感性

图3 PEX5与结直肠癌细胞的辐射反应相关

图4 PEX5参与Ku介导的DNA非同源末端连接修复

此外，研究还发现PEX5参与调控电离辐射诱导的铁死亡。RNA测序及后续验证显示，PEX5敲除后，多个铁死亡驱动基因表达下调，而抑制基因上调。蛋白质印迹检测发现PEX5表达与铁死亡正调节因子ACSL4呈正相关，与负调节因子SLC7A11和GPX4呈负相关。同时，PEX5过表达显著提升了电离辐射处理后细胞内的脂质过氧化产物丙二醛（MDA）水平，表明PEX5能促进铁死亡进程，从而增强放疗敏感性（图5）。

图5 PEX5参与电离辐射诱导的铁死亡

动物实验在体内验证了上述发现。在免疫缺陷小鼠移植瘤模型中，瘤内注射模拟插入型miR-4274的激动剂模拟物（与多数患者及细胞系中存在的等位基因一致）或接种PEX5敲除的肿瘤细胞，均导致肿瘤生长加速，且对电离辐射的抵抗性增强；而过表达PEX5则抑制了肿瘤生长并提升了放疗效果（图6）。这些体内数据与体外实验结果相呼应，共同确立了miR-4274-PEX5轴在结直肠癌放疗抵抗中的关键作用。

图6 miR-4274和PEX5对结直肠癌体内进展及放疗敏感性的影响

综上所述，本研究系统阐明了miR-4274种子区多态性rs1553867776通过调控靶基因PEX5的表达，影响Ku70介导的DNA损伤修复和电离辐射诱导的铁死亡，从而调节结直肠癌放疗敏感性的分子机制。该发现为理解肿瘤放疗抵抗提供了新的视角，同时提示miR-4274和PEX5具有作为预测放疗疗效的潜在生物标志物及治疗靶点的价值。研究团队指出，未来探索针对此机制的干预策略，例如联合使用铁死亡诱导剂，可能为克服结直肠癌放疗抵抗、提升放疗效果提供新的思路。同时，也提出，本研究存在一定的局限性，包括PEX5影响细胞迁移的具体机制、其在铁死亡中的精确角色以及不同癌种间的异质性等问题仍需深入探索，相关结论有待进一步的临床研究验证。

原文信息

标题

Polymorphism in the Hsa-miR-4274 seed region influences the expression of PEX5 and enhances radiotherapy resistance in colorectal cancer

作者

Qixuan Lu¹, Ningxin Ren^1, Hongxia Chen^1, Shaosen Zhang¹, Ruoqing Yan¹, Mengjie Li¹, Linlin Zheng¹, Wen Tan¹, Dongxin Lin^1,2

机构

1. State Key Laboratory of Molecular Oncology, Department of Etiology and Carcinogenesis, Beijing Key Laboratory for Carcinogenesis and Cancer Prevention, National Cancer Center/National Clinical Research Center for Cancer/Cancer Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Beijing 100021, China

2. Sun Yat-sen University Cancer Center, State Key Laboratory of Oncology in South China, Guangzhou 510060, China

通讯作者

Wen Tan, Dongxin Lin

引用这篇文章

Qixuan Lu, Ningxin Ren, Hongxia Chen, Shaosen Zhang, Ruoqing Yan, Mengjie Li, Linlin Zheng, Wen Tan, Dongxin Lin. Polymorphism in the Hsa-miR-4274 seed region influences the expression of PEX5 and enhances radiotherapy resistance in colorectal cancer. Front. Med., 2024, 18(5): 921-937

https://doi.org/10.1007/s11684-024-1082-6

https://journal.hep.com.cn/fmd/EN/10.1007/s11684-024-1082-6

https://link.springer.com/article/10.1007/s11684-024-1082-6

感谢作者对Frontiers of Medicine/MedScience的信任和支持。

期刊简介

MedScience（原名Frontiers of Medicine) 是中国工程院院刊，由教育部主管，高等教育出版社、中国工程院与上海交通大学医学院附属瑞金医院共同主办。期刊聚焦医学前沿领域的学术进展，关注国际研究热点与中国优秀研究成果，主编为陈赛娟院士、张伯礼院士和王小凡院士。主要报道领域涵盖临床医学、基础医学、转化医学、流行病学、公共卫生、中医药学和人工智能医学等，刊载文章类型包括 Research Article、Review、Perspective、Editorial、Case Report、Comment、Letter等。

期刊已被SCI、PubMed、Scopus、中国科技核心期刊、中国科学引文数据库（CSCD）核心库、第三批临床医学领域高质量科技期刊分级目录T1级、化学文摘数据库（CAS）等权威数据库收录，在2025中国科学院文献情报中心期刊分区表医学大类中位列二区。

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