Commun Biol︱周智航团队发现NFIB调控结直肠癌NAD+代谢新机制

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撰文︱周黎，周智航

审阅︱周黎，周智航

责编︱王思珍，方以一

结直肠癌(Colorectal cancer, CRC)是全球第二大常见恶性肿瘤，其发病率呈逐年上升趋势[1]。CRC患者初诊转移率高，转移后5年生存率低于20%[2]。近期研究表明，核因子IB (Nuclear factor IB, NFIB)在肿瘤中起重要作用[3，4，5]。课题组前期发现NFIB可以促进酸性环境下CRC细胞的增殖[6]，而细胞增殖与能量代谢中心分子烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(Nicotinamide adenine dinucleotide, NAD+)密切相关[7，8]。课题组还发现NAD+主要合成途径（补救合成途径）中的关键限速酶-烟酰胺磷酸核糖基转移酶(Nicotinamide phosphoribosyl-transferase, NAMPT)在CRC中高表达，且与患者预后负相关[9]。然而，NFIB和NAD+合成在CRC中的调控机制仍有待阐明。因此，进一步揭示CRC中NFIB与NAD+代谢的分子机制，有望为CRC的治疗提供新的靶点。

2023年7月25日，重庆医科大学附属第二医院周智航副教授、周黎博士课题组在Communications Biology上发表了题为“Downregulation of miR-182-5p by NFIB promotes NAD+ salvage synthesis in colorectal cancer by targeting NAMPT”的研究。该研究基于临床样本、细胞和小鼠模型，结合RNA-seq、ChIP-seq、代谢组测序、双荧光素酶报告基因检测以及空间转录组联合单细胞测序技术，证实了NFIB通过抑制miRNA-182-5p靶向并结合NAMPT促进NAD+合成，从而增强CRC细胞增殖。对深入认识NFIB如何调控结直肠癌NAD+代谢提供了新的理论依据。

NFIB促进CRC细胞在体外和体内增殖（图1a-c）。代谢组测序结果显示敲低NFIB后CRC细胞的NAD+代谢组表达降低，体外检测敲低NFIB后细胞NAD+水平也显著降低，而添加NAD+前体NMN可以部分恢复细胞NAD+水平和增殖能力（图1d-f）。表明NFIB通过影响NAD+的产生促进CRC细胞增殖。

图1. NFIB在体内和体外对CRC细胞增殖能力和NAD+代谢的影响

转录组测序结果显示敲低NFIB后CRC细胞的差异基因在代谢通路中富集（图2a）。体外实验证实NFIB可以促进NAMPT的表达（图2b）。临床样本空间转录组和单细胞测序结果显示在CRC组织中NFIB与NAMPT表达正相关（图2c, d）。结合ChIP-seq结果提示NFIB可能通过非直接转录结合的方式对NAMPT进行调控（图2e, f）。

图2. NFIB在CRC中上调NAD+补救合成途径关键限速酶NAMPT

通过miRNA-seq检测CRC中miRNA的表达情况后发现，敲低NFIB后部分miRNA表达上调，其中miRNA-182-5p上调显著（图3a, b）。利用TargetScan、miRDB和PolymiRTS数据库分析得出miRNA-182-5p与NAMPT存在直接结合位点（图3c）。体外抑制和过表达miRNA-182-5p以及结合双荧光素酶报告基因检测后发现NFIB通过下调miRNA-182-5p介导的转录后调控，促进NAMPT表达（图3d-f）。miRNA-182-5p通过阻碍结直肠癌NAD+合成而抑制CRC细胞增殖（图4a-d）。

 图3. NFIB下调miRNA-182-5p介导的NAMPT转录后调控

图4. miRNA-182-5p抑制结直肠癌NAD+合成和细胞增殖

临床大宗样本免疫组织化学染色显示NFIB在CRC组织中高表达，并随着分期靠后高表达NFIB的比例逐渐增高（图5a-c）。生存分析结果显示NFIB和NAMPT同时高表达时CRC患者的预后最差（图5d, e）。

图5. NFIB和NAMPT高表达与CRC患者TNM分期及预后不良相关

文章结论与讨论，启发与展望

综上所述，该研究基于体内外实验首次发现并提出NFIB通过增加细胞内NAD+水平促进结直肠癌生长。同时结合多项测序技术探索NFIB调控NAD+合成的分子机制，揭示出NFIB通过下调miRNA-182-5p介导的转录后调控，促进NAD+补救合成途径限速酶NAMPT的表达，从而增加CRC细胞内NAD+水平并促进细胞增殖，为结直肠癌的基础研究与临床治疗靶点提供了新思路。该研究同时检测了临床样本中NFIB与NAMPT的表达关系，通过空间转录组和单细胞测序技术从空间组学和单细胞层面对NFIB和NAMPT在CRC中的关系进行了剖析，并通过生存分析为临床CRC患者的预后判断提供了新依据。此外，由于NFIB对靶基因的调控方式存在多样性，且合成NAD+的代谢途径不仅限于补救合成途径，故后续需要进一步探究NFIB在CRC中调控下游基因和细胞代谢的方式和机制。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s42003-023-05143-z

作者简介：

通讯作者：周智航，重庆医科大学附属第二医院消化内科副主任，副研究员、主治医师，硕士生导师；香港城市大学博士后；长期从事消化道肿瘤的基础研究，特别是消化系统肿瘤转移与肿瘤微环境的交互作用及机制研究；先后获评2018北京市科技新星、2021“重庆市中青年高端医学人才”、2021重庆医科大学附属第二医院“宽仁英才-骨干人才”、2022“重庆市中青年高端医学人才工作室（循环肿瘤细胞研究室）”领衔专家；目前主持国家自然科学基金面上项目2项、重庆市自然科学基金1项，已完成国家自然科学基金青年项目1项、北京市自然科学基金面上项目1项；以第一/通讯作者发表SCI论文22篇，累计影响因子161.1，单篇最高影响因子41.44；以第一发明人获得发明专利2项、实用新型发明专利1项。

第一作者：周黎，重庆医科大学在读博士；曾于2022年前往香港城市大学交流学习一年；先后参与国家自然科学基金2项、省部级科研项目2项；主持2022年重庆市研究生科研创新项目1项；主持2023年教育部肿瘤免疫病理学重点实验室开放课题1项；以第一作者发表SCI论文3篇（平均影响因子6.18），CSCD论文1篇。

基金支持：国家自然科学基金项目(No. 81972285)；重庆市中青年高级医学人才计划项目(CSTB2022NSCQ-MSX0312)；重庆市自然科学基金项目(CSTB2022NSCQ-MSX1038)；重庆医科大学第二附属医院宽人人才计划项目(13-002- 011,13 -004-009)；重庆市中青年高级医学人才工作室、重庆市医学科研项目(重庆市卫健委、科技局联合项目，2020FYYX103)。

招聘信息：重庆医科大学附属第二医院消化内科招聘博士后及科研助理。

通讯作者：周智航

第一作者：周黎（女）

 （照片均由周智航团队提供）

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参考文献 
1 Xi, Y. & Xu, P. Global colorectal cancer burden in 2020 and projections to 2040. Transl Oncol 14, 101174, doi:10.1016/j.tranon.2021.101174 (2021).2 Biller, L. H. & Schrag, D. Diagnosis and Treatment of Metastatic Colorectal Cancer: A Review. JAMA 325, 669-685, doi:10.1001/jama.2021.0106 (2021).3 Liu, Z. et al. Nuclear factor I/B promotes colorectal cancer cell proliferation, epithelial-mesenchymal transition and 5-fluorouracil resistance. Cancer Sci 110, 86-98, doi:10.1111/cas.13833 (2019).4 Zhou, L. et al. Transcriptional regulation of NDUFA4L2 by NFIB induces sorafenib resistance by decreasing reactive oxygen species in hepatocellular carcinoma. Cancer Sci 114, 793-805, doi:10.1111/cas.15648 (2023).5 Zhou, L. et al. Hepatocyte-Specific Knock-Out of Nfib Aggravates Hepatocellular Tumorigenesis via Enhancing Urea Cycle. Front Mol Biosci 9, 875324, doi:10.3389/fmolb.2022.875324 (2022).6 Zhou, Z. H. et al. Chromatin accessibility changes are associated with enhanced growth and liver metastasis capacity of acid-adapted colorectal cancer cells. Cell Cycle 18, 511-522, doi:10.1080/15384101.2019.1578145 (2019).7 Sharma, P. et al. Inhibition of nicotinamide phosphoribosyltransferase (NAMPT), the rate-limiting enzyme of the nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) salvage pathway, to target glioma heterogeneity through mitochondrial oxidative stress. Neuro Oncol 24, 229-244, doi:10.1093/neuonc/noab175 (2022).8 Li, Z. et al. Cancer cells depend on environmental lipids for proliferation when electron acceptors are limited. Nat Metab 4, 711-723, doi:10.1038/s42255-022-00588-8 (2022).9 Li, X. Q. et al. NAMPT and NAPRT, Key Enzymes in NAD Salvage Synthesis Pathway, Are of Negative Prognostic Value in Colorectal Cancer. Front Oncol 9, 736, doi:10.3389/fonc.2019.00736 (2019).

本文完