SOX9 介导的增强子驱动干细胞样程序阻断结直肠癌的肠道分化

结直肠癌（colorectal cancer, CRC）是人类最常见的恶性肿瘤之一，其发病率和病死率分别居于癌症谱的第3位和第4位，全世界每年约有120万新发病例，约60万人死于该疾病，给全世界人民带来沉重的经济和精神负担【1】，因此对其进行深入研究十分必要。

近日，哈佛医学院Dana-Farber癌症研究所Nilay Sethi教授团队在Gastroenterology期刊上在线发表了题为 An enhancer-driven stem cell-like program mediated by SOX9 blocks intestinal differentiation in colorectal cancer 的研究论文，揭示了在结直肠癌中SRY-box转录因子9 (SOX9) 在增强子驱动的干细胞活性调节中发挥着关键作用，为结直肠癌的诱导分化治疗提供了重要的思路【2】。

转录因子SOX9对软骨、睾丸、皮肤、乳腺、肠道等多种器官组织发育和功能维持起着重要作用【3-6】。研究者通过分析APC基因敲除小鼠肠道肿瘤模型以及结肠肿瘤患者（结肠高危腺瘤、散发性结肠癌、家族性腺瘤性息肉病癌变）的癌组织及癌旁组织，发现结肠从正常粘膜经腺瘤进展至腺癌进程中，SOX9表达水平逐渐增强、分布范围扩大。进一步对TCGA（肿瘤基因组图谱）数据库的分析，发现SOX9高表达与结直肠癌不良预后相关，且不依赖于MSI状态（图1）。

图1 SOX9在小鼠模型、人肠道腺瘤组织以及结直肠癌中过表达

研究者对Broad研究所Achilles项目（癌症依赖性图谱项目）进行分析，发现结直肠癌细胞系存在对SOX9的依赖性（dependency），且程度与SOX9表达水平以及β-catenin依赖性正相关。在贴壁培养、悬浮培养的多种结直肠癌细胞系、利用Crispr-Cas9构建的SOX9基因内源性突变的同源单克隆细胞系、人结肠类器官模型、小鼠结肠类器官模型（ApcKO、ApcKO-KrasG12D）及裸鼠模型中均进一步验证了对SOX9的依赖性，并且发现结直肠癌生长依赖于SOX9基因表达的机制是通过激活干细胞、潘氏细胞转录活性，抑制肠道分化；降低SOX9表达后，可诱导结直肠癌细胞分化，抑制结直肠癌细胞恶性表型。

通过全基因组RNA-seq，ChIP-seq和H3K27ac分析发现SOX9直接结合并激活基因组增强子（enhancer）区域，与Wnt通路关键信号分子TCF4协同调控干细胞表达程序（图2）。进一步整合分析全基因组测序数据后，研究团队发现了SOX9下游一个重要的靶基因，PROM1。PROM1被认为是结肠癌干细胞的表面标记，表达升高与结肠癌不良预后相关【7-9】。研究者通过多种结直肠癌细胞系以及结肠类器官模型，证实了SOX9对PROM1的调控，发现SOX9依赖于Wnt通路活性，直接结合PROM1的第一个内含子的增强子区域，促进PROM1表达。PROM1是一个五次跨膜糖蛋白，研究团队通过多种分子生物学方法，发现PROM1通过第一个细胞外结构域调控细胞分化，并且SOX9与PROM1形成一个正向反馈调节环，活化干细胞转录程序，抑制肠道分化，促进结肠癌的发生发展。

图2 SOX9激活增强子区域并驱动干细胞及潘氏细胞转录活动

综上，干细胞活性增强、细胞分化受阻是结直肠癌重要的发病机制之一。本文发现PROM1-SOX9正向反馈环激活增强子驱动的干细胞样表达程序，在结直肠癌的发病中发挥着重要作用，提示利用相关转录因子诱导分化治疗结直肠癌，具有良好的应用前景。

图文摘要

据悉，本文第一作者是重庆医科大学附属第一医院消化内科的梁小燕副教授，哈佛医学院Dana-Farber癌症研究所Nilay Sethi教授为本文通讯作者。