PNAS | 曲萌课题组揭示昼夜节律基因调控肝细胞癌的分子机制

肝细胞癌（Hepatocellular Carcinoma）是最常见的原发性肝癌，平均五年生存率仅为约18%。随着脂肪性肝病的迅速增加，全球肝癌发病率正逐年上升，已引起各国的普遍关注。作为当前中晚期肝癌的一线治疗方案，阿替利珠单抗（PD-L1抗体）联合贝伐单抗（抗肿瘤血管生成）疗法相较此前的标准药物索拉菲尼，在生存率和响应率方面均有显著改善，但总体治疗效果仍存在较大提升空间。

生物节律是生命进化史上最保守的生理机制之一，它调控生物体的生理和行为，使之与昼夜交替相适应。灵长类动物的全身有超过 80% 的蛋白质编码基因呈现出昼夜节律性表达的特征。正因如此，生物钟参与调控包括睡眠、进食、激素分泌、代谢、免疫反应等在内几乎所有的生理过程；昼夜节律的紊乱与众多临床相关疾病如睡眠障碍、肥胖、糖尿病、癌症等的发生密切相关。

肝脏是生物节律发挥代谢调控作用的核心执行器官，表现为：（1）肝脏中呈现昼夜节律性表达基因的比例最高；（2）器官特异性敲除肝脏中的生物钟基因，除了会导致肝内代谢的失调，亦可促进肥胖、糖尿病等全身性代谢疾病。尤其，有多项研究结果提示，肝癌的发生发展与生物节律紊乱息息相关，包括：（1）肝癌组织中的生物节律常常是紊乱的；（2）长期的生物节律紊乱可促使脂肪在肝脏内堆积，并可能诱导自发性肝细胞癌的发生；（3）临床数据发现，生物钟基因的突变及表达变化跟肝癌病人的生存时间有显著关联。然而，因上述结论多为描述性，生物节律调控肝癌发生发展的分子机制尚不明确。

2023年1月3日，浙江大学国际健康医学研究院、“一带一路”国际医学院、医学院附属第四医院曲萌课题组和美国南加州大学Steve A. Kay课题组合作在《PNAS》杂志在线发表了题为"Circadian regulator BMAL1::CLOCK promotes cell proliferation in hepatocellular carcinoma by controlling apoptosis and cell cycle"的研究论文，首次报道了生物节律核心转录因子复合体BMAL1::CLOCK对肝细胞癌的促进作用。作者发现，在裸鼠人源肝细胞癌移植瘤中敲减BMAL1或CLOCK基因可显著抑制肿瘤的生长，在细胞水平表现为细胞周期阻滞和细胞凋亡活性升高。BMAL1::CLOCK控制多个细胞周期因子的节律性表达，经遗传学鉴定，作者发现其中WEE1和p21共同参与了BMAL1::CLOCK对肝细胞癌生长的促进作用。

不同于正常细胞，肿瘤细胞依赖G₂/M期细胞周期检验点以维持基因组稳定性。抑制G₂/M期检验点将导致癌细胞携带DNA损伤进行细胞分裂，造成基因组不稳定并触发细胞凋亡。WEE1是参与G₂/M期检验点的关键激酶，敲低Wee1基因可抑制癌细胞增殖，因此WEE1抑制剂已被广泛应用于肿瘤临床试验。作者发现BMAL1::CLOCK直接结合肝癌细胞中Wee1基因启动子并促进基因的转录。与此同时，通过调控REV-ERB表达水平，BMAL1::CLOCK间接抑制细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂p21的转录。作为肿瘤抑制因子，p21的高表达导致细胞周期的阻滞，而缺失则会诱导肝细胞的持续增殖及肝癌发生。作者进一步证明，过表达WEE1或敲减p21都可一定程度上逆转BMAL1::CLOCK活性降低对肝癌细胞生长的抑制作用。

综上所述，该研究为生物节律调控肝癌发生发展提供了分子机制，也为靶标生物钟小分子的开发及在肝癌治疗中的应用提供了理论基础。鉴于WEE1常在肝癌组织中高度表达，而p21更倾向于低表达，未来有望在临床研究中通过抑制BMAL1::CLOCK的活性达到纠正二者表达水平进而治疗肝癌的效果。该工作得到了合作者包括美国匹茨堡大学Jeremy Rich教授和张国鑫博士、希望之城医学中心黄文栋教授、加州大学河滨分校贾震宇教授、以及南加州大学Heinz-Josef Lenz教授等的大力支持。

来源 | 浙江大学国际健康医学研究院