編者按
肝細胞癌（HCC）是一個全球公共衛生的重大問題，中位生存期一般為6-10個月，總生存率低。索拉非尼作為FDA唯一批準的初始全身治療藥物已有10年，但其療效并不盡如人意。因此，快速發現肝癌新的治療靶點，解決索拉非尼耐藥問題至關重要。
轉錄因子是一組DNA結合蛋白，可根據細胞環境啟動特定基因的轉錄，而失調的轉錄因子可潛在促進腫瘤的發生和發展。早期生長應答因子1（EGR1）是一種含鋅指結構的轉錄因子，參與細胞的生長、轉移、凋亡和DNA修復等過程[7-8]。有研究表明EGR1在DEN和HBX誘導的HCC小鼠模型中發揮中心調節作用；在HCC中，EGR1兼具促癌和抑癌的效應。鑒于EGR1的轉錄因子性質，上述研究并沒有全面檢查整個基因表達譜，也沒有對EGR1的作用機制進一步分析。
基于此，今天，我們特別關注一項由環特提供技術支持，發表在《J Exp Clin Cancer Res》（IF：12.658）的經典研究，該研究通過體外和體內實驗驗證了EGR1對HCC生長的影響，利用小鼠肝癌模型和人源類器官模型確定了EGR1的抑癌效應。研究人員發現EGR1與肝型磷酸果糖激酶-1 (PFKL)的啟動子區域結合，導致PFKL表達的轉錄抑制，從而抑制糖酵解途徑。這些結果強調了EGR1在HCC中作為腫瘤抑制基因的治療前景。
論文翻譯：鄔思琪
01、主要研究成果
1、基于TCGA和HPA (Human protein Atlas)數據庫和兩個HCC GEO數據集(GSE36376, GSE84005)，研究人員發現EGR1在HCC中下調，這一結果在26對HCC臨床組織樣本及其鄰近正常組織中的mRNA和蛋白水平檢測中得到了驗證。治療后的隨訪結果也顯示高EGR1表達與更好的生存率相關（圖1）。
圖1
2、與正常肝細胞系MIHA相比，EGR1在肝癌細胞系中有著更低的蛋白表達。對肝癌細胞系MHCC97H和HCCLM3進行EGR1的敲降，可進一步刺激癌細胞的增殖。將親本肝癌細胞MHCC97H和敲除EGR1的MHCC97H細胞植入裸鼠體內進行監測，腫瘤生長曲線、腫瘤大小、腫瘤重量和Ki67染色分析表明，EGR1下調可顯著刺激體內腫瘤生長，與體外細胞表型結果一致（圖2）。
圖2
3、為了進一步探討EGR1在HCC中的功能，對肝癌細胞系PLC/ PRF5和HepG2進行EGR1過表達，結果顯示癌細胞的增殖受到了抑制。裸鼠體內細胞移植結果顯示EGR1過表達組腫瘤體積明顯小于對照組，提示EGR1可抑制腫瘤生長（圖3）。
圖3
4. 通過對EGR1過表達的PLC/PRF5細胞和EGR1敲除的MHCC97H細胞分別與野生對照組細胞進行轉錄測序比較，發現糖酵解通路被顯著影響。
糖酵解是許多腫瘤細胞ATP的主要來源，其中葡萄糖消耗增加，乳酸生成增多。EGR1過表達導致PLC/PRF5細胞中葡萄糖攝取和細胞外乳酸水平下降，細胞內ATP水平降低；而EGR1敲除則可以逆轉上述表型，表明EGR1抑制HCC中的有氧糖酵解。
研究人員進一步分析測序結果，發現糖酵解過程中的關鍵酶PFKL mRNA水平受到EGR1的調節。CHIP分析顯示EGR1顯著富集在PFKL啟動子的P2區域；雙熒光素酶報告基因實驗結果顯示EGR1對原PFKL啟動子的熒光素酶活性有抑制作用，但對PFKL啟動子P2突變體的熒光素酶活性沒有影響。上述實驗結果共同表明，PFKL在HCC中受到EGR1的直接轉錄抑制（圖4）。
圖4
5、為了進一步研究PFKL下調在肝癌中EGR1腫瘤抑制活性中的作用，對過表達EGR1的PLC/ PRF5細胞過表達PFKL和沉默EGR1敲除MHCC97H細胞中的PFKL表達，并檢測各自細胞的葡萄糖攝取、細胞外乳酸水平、細胞外酸化率、ATP水平和細胞增殖變化，結果表明EGR1通過下調PFKL的表達從而抑制有氧糖酵解和HCC增殖（圖5）。
圖5
6、為了更全面地考察EGR1基因治療對HCC發展的潛在抑制作用，分別利用腫瘤類器官模型和DEN/CCL4誘導小鼠肝癌模型從體內和體外進行驗證，結果顯示AAV-EGR1對人源肝癌類器官生長的抑制作用；小鼠肝臟的腫瘤結節數量和腫瘤大小都明顯少于對照組；HE、EGR1、PFKL和Ki67的肝臟染色結果也證實AAV-EGR1干預導致PFKL表達降低，并降低了肝細胞凋亡Ki67陽性細胞比例。
此外，肝癌治療藥物索拉非尼由于耐藥性因素限制其療效，研究人員通過體內外實驗發現下調 EGR1聯合索拉非尼作用在降低HCC腫瘤生長和改善索拉非尼治療效果方面有較好的表現（圖6）。
圖6
02、編者點評
作為健康美麗產業CRO服務開拓者與引領者、斑馬魚生物技術的全球領導者，環特生物搭建了“斑馬魚、類器官、哺乳動物、人體”四位一體的綜合技術服務體系，開展健康美麗CRO服務、科研服務、智慧實驗室搭建三大業務。目前，環特科創事業部已研發出成熟的膽管類器官培養基，歡迎有需要的讀者垂詢 17364531293（微信同號）！
參考文獻
[1] Sung H, Ferlay J, Siegel RL, Laversanne M, Soerjomataram I, Jemal A, et al. Global cancer statistics 2020: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA Cancer J Clin. 2021; 71(3): 209–49.
[2] Brar G, Greten TF, Graubard BI, McNeel TS, Petrick JL, McGlynn KA, et al. Hepatocellular carcinoma survival by etiology: a SEER-medicare database analysis. Hepatol Commun. 2020; 4(10): 1541–51.
[3] Zhang H, Zhang W, Jiang L, Chen Y. Recent advances in systemic therapy for hepatocellular carcinoma. Biomark Res. 2022; 10(1): 3.
[4] Bradner JE, Hnisz D, Young RA. Transcriptional addiction in cancer. Cell. 2017; 168(4): 629–43.
[5] Bushweller JH. Targeting transcription factors in cancer — from undruggable to reality. Nat Rev Cancer. 2019; 19(11): 611–24.
[6] Vervoort SJ, Devlin JR, Kwiatkowski N, Teng M, Gray NS, Johnstone RW. Targeting transcription cycles in cancer. Nat Rev Cancer. 2022; 22(1): 5–24.
[7] Li TT, Liu MR, Pei DS. Friend or foe, the role of EGR-1 in cancer. Med Oncol. 2019;37(1):7.
[8] Wang B, Guo H, Yu H, Chen Y, Xu H, Zhao G. The role of the transcription factor EGR1 in cancer. Front Oncol. 2021; 11: 642547.
[9] Tang Q, Wang Q, Zhang Q, Lin SY, Zhu Y, Yang X, et al. Gene expression, regulation of DEN and HBx induced HCC mice models and comparisons of tumor, para-tumor and normal tissues. BMC Cancer. 2017; 17(1): 862.
[10] Li L, Chen J, Ge C, Zhao F, Chen T, Tian H, et al. CD24 isoform a promotes cell proliferation, migration and invasion and is downregulated by EGR1 in hepatocellular carcinoma. Onco Targets Ther. 2019; 12: 1705–16.
[11] Peng WX, Wan YY, Gong AH, Ge L, Jin J, Xu M, et al. Egr-1 regulates irradiation-induced autophagy through Atg4B to promote radioresistance in hepatocellular carcinoma cells. Oncogenesis. 2017; 6(1): e292.
[12] Bi JG, Zheng JF, Li Q, Bao SY, Yu XF, Xu P, et al. MicroRNA-181a-5p suppresses cell proliferation by targeting Egr1 and inhibiting Egr1/TGF-β/Smad pathway in hepatocellular carcinoma. Int J Biochem Cell Biol. 2019; 106: 107–16.
[13] Xiang QF, Zhan MX, Li Y, Liang H, Hu C, Huang YM, et al. Activation of MET promotes resistance to sorafenib in hepatocellular carcinoma cells via the AKT/ERK1/2-EGR1 pathway. Artif Cells Nanomed Biotechnol. 2019; 47(1): 83–9.
[14] Zhou L, Li J, Liu X, Tang Y, Li T, Deng H, et al. Dexmedetomidine promotes apoptosis and suppresses proliferation of hepatocellular carcinoma cells via microRNA-130a/EGR1 axis. Cell Death Discov. 2022; 8(1): 31.