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南京医科大学张正东揭示吸烟促进膀胱癌恶化的相关生物学机制

2025-12-12
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iNature


流行病学研究表明,吸烟会促进膀胱癌进展,但其相关生物学机制仍有待阐明。


2025年12月5日,南京医科大学张正东、杜牧龙、郑瑞共同通讯在ACS Nano在线发表题为“Extracellular Vesicle-Packaged MIR4435-2HG Facilitates Cigarette Smoke-Induced Bladder Cancer Progression through Enolase 1-Dependent Glycolytic Reprogramming”的研究论文。该研究通过RNA测序、组织芯片及单细胞RNA测序技术,从膀胱癌组织中筛选出与吸烟相关、由细胞外囊泡(EV)包裹的长链非编码RNA(lncRNA)。研究人员在有吸烟史的膀胱癌患者尿液与血浆样本中,评估了EV包裹型lncRNA的临床应用价值,并借助CRISPR/Cas9基因编辑、海马细胞能量代谢分析及N4-乙酰胞苷(ac4C)乙酰化实验,在体内外深入探究了这类lncRNA发挥作用的潜在机制。研究发现,EV包裹的lncRNAMIR4435-2HG表达丰度较高,该分子最初由M2型巨噬细胞分泌,其分泌过程可被吸烟相关致癌物4-氨基联苯(4-ABP)诱导激活。


从作用机制来看,4-ABP通过诱导信号转导与转录激活因子6(STAT6)磷酸化,一方面促进M2型巨噬细胞极化,另一方面上调肉瘤融合蛋白(FUS)的表达;FUS进而直接介导MIR4435-2HG被包装进入M2型巨噬细胞来源的EV中,并被递送至受体肿瘤细胞内。进入肿瘤细胞后,定位于细胞核内的EV包裹型MIR4435-2HG会结合N-乙酰基转移酶10(NAT10),通过ac4C修饰增强糖酵解调控因子烯醇化酶1(ENO1)的稳定性。与此同时,位于细胞质的EV包裹型MIR4435-2HG可作为分子海绵吸附微小RNA-143-3p(miR-143-3p),从而上调ENO1的表达水平。上述过程最终激活PI3K-Akt信号通路,驱动肿瘤细胞糖酵解重编程,进而促进肿瘤发展。此外,摄取了EV包裹型MIR4435-2HG的受体肿瘤细胞会分泌趋化因子招募单核细胞,在M2型巨噬细胞与肿瘤细胞之间形成潜在的正反馈环路。综上,该研究证实EV包裹的MIR4435-2HG是膀胱癌的关键标志物,其在吸烟暴露状态下可介导细胞间通讯,为膀胱癌的预防与治疗提供了新思路。



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膀胱癌已成为全球最常见的泌尿系统恶性肿瘤,据估计,2025年美国膀胱癌新发患者将达84870例,死亡病例为17420例。多数膀胱癌患者病情易进展为肌层浸润性膀胱癌(MIBC),典型特征为恶性增殖与转移。尽管近年来免疫治疗、靶向治疗和铂类化疗取得了一定进展,但肌层浸润性膀胱癌患者的预后依旧较差。因此,挖掘膀胱癌新型标志物、阐明其发病的生物学机制已成为亟待解决的问题。吸烟作为公认的膀胱癌进展危险因素,是导致约50%膀胱癌发病和40%膀胱癌死亡的重要诱因。膀胱癌的发病率与死亡率分布模式,也与人群吸烟史的分布情况高度吻合。尤为关键的是,当前吸烟者罹患膀胱癌并出现病情进展的风险最高。然而,吸烟诱发膀胱癌进展的具体机制目前仍未明确。

长链非编码RNA(lncRNAs)是一类种类繁多、数量庞大的非编码RNA,其转录本长度超过200个核苷酸,且不具备蛋白质编码能力。现有研究表明,长链非编码RNA参与细胞侵袭、转移、增殖等多种生物学活动,进而推动癌症进展。随着长链非编码RNA分子功能的逐步揭示,研究发现定位于细胞核内的长链非编码RNA可通过调控靶基因的转录参与信号传导,而细胞质内的长链非编码RNA则可作为内源性竞争RNA(ceRNAs)调控靶基因的表达水平。此外,吸烟还可诱导长链非编码RNA的异常表达。有研究表明,吸烟可通过N6-甲基腺苷(m6A)修饰调控LINC00278的表达,进而导致男性食管鳞状细胞癌患者预后不良。尽管吸烟相关长链非编码RNA在部分疾病中的作用已得到研究,但它们在膀胱癌中的功能仍有待探索。

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图1 MIR4435-2HG在吸烟者中上调,且与膀胱癌进展相关(摘自ACS Nano ) 

近年来,细胞外囊泡(EVs)在包括膀胱癌在内的多种癌症细胞间通讯中的作用,受到了越来越多的关注。细胞外囊泡是一类直径约40~160nm的微小囊泡,其内包裹着信使RNA、长链非编码RNA、蛋白质等多种生物活性物质。作者及其他研究团队均发现,与环境污染物相关的细胞外囊泡包裹型长链非编码RNA,在多种疾病的发生发展中发挥关键作用。因此,深入探究吸烟相关的细胞外囊泡包裹型长链非编码RNA促进膀胱癌进展的机制,具有重要意义。


该研究发现了一种新型高表达的细胞外囊泡包裹型长链非编码RNA MIR4435-2HG,该分子由经香烟烟雾中主要致癌物4-氨基联苯(4-ABP)处理的M2型巨噬细胞分泌产生。研究进一步发现,细胞外囊泡包裹的MIR4435-2HG在吸烟膀胱癌患者的尿液和血浆中高度富集。在机制层面,通过体内外实验证实,MIR4435-2HG可通过细胞外囊泡,由经4-氨基联苯处理的M2型巨噬细胞直接传递至膀胱癌细胞内。同时阐明了细胞外囊泡包裹的MIR4435-2HG通过调控糖酵解重编程,进而促进膀胱癌进展的分子机制。

参考消息:


https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c15108


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