《Nature Genetics》PROX1积极抑制细胞命运可塑性，保护肝细胞身份，防止肝肿瘤发生

来源：作者：人气：-发表时间：2025-02-14 13:15:00【大中小】

摘要：研究确定了在成熟细胞类型中抑制交替谱系的候选保护性抑制转录因子。

德国癌症研究中心（German Cancer Research Center，DKFZ）和 DKFZ-ZMBH 联盟的研究人员在《Nature Genetics》期刊上发表了题为 “Active repression of cell fate plasticity by PROX1 safeguards hepatocyte identity and prevents liver tumorigenesis” 的论文。这篇论文在细胞命运调控和癌症研究领域具有重要意义，为深入理解肝脏细胞的命运维持机制以及肝癌的发病机理提供了关键线索，有望为肝癌的预防和治疗开辟新的方向。

图1 PROX1对细胞命运可塑性的主动抑制保护了肝细胞的身份并预防了肝脏肿瘤的发生

研究背景

细胞命运可塑性在生物体的发育过程中起着至关重要的作用，它使得干细胞能够通过分化形成各种成熟的细胞类型。然而，不受控制的细胞可塑性，比如分化受阻、去分化或转分化等，却与疾病的发生发展紧密相关，也是癌症的一个显著特征。在细胞命运的调控过程中，转录因子（Transcription factors，TFs）扮演着重要角色。虽然单个谱系特异性的主调节转录因子能够激活特定的基因网络，诱导细胞向特定类型分化，但转录抑制因子在维持细胞命运方面的作用尚未完全明晰。此前研究发现神经元特异性的转录因子髓磷脂转录因子 1 样（Myelin transcription factor 1 like，MYT1L）可以通过结合并抑制许多非神经元基因，来促进神经元的身份维持，这提示可能存在更多类似的 “保护抑制因子” 在维持细胞命运中发挥关键作用。因此，探究细胞类型特异性的抑制因子是否能积极抑制细胞命运可塑性，以及它们在预防疾病，尤其是癌症方面的作用机制，成为了该研究的重要出发点。

研究方法

计算筛选：研究人员定义了三个特征来识别保护抑制因子：细胞类型特异性和终身表达、结合并抑制替代命运基因、促进和维持细胞身份。他们聚焦于 18 种跨越所有胚层的细胞类型，利用 Tabula Muris 数据定义细胞类型特异性基因特征和 1296 个检测到的转录因子的表达特异性。通过整合细胞类型特异性表达和 DNA 结合基序在特征基因上的缺失情况，计算出保护抑制因子得分，从而筛选出候选的保护抑制因子。

实验验证：在细胞和小鼠模型中进行一系列实验。利用重组病毒生产技术，构建含有特定转基因的慢病毒和腺相关病毒 8（Adeno - associated virus 8，AAV8），用于细胞转导和体内基因操作。通过将小鼠胚胎成纤维细胞（Mouse embryonic fibroblasts，MEFs）重编程为肝细胞、神经元和肌细胞等实验，验证候选因子对细胞命运的影响。在小鼠体内，采用水动力尾静脉注射（Hydrodynamic tail - vein injection，HDTVI）技术构建肝癌小鼠模型，研究保护抑制因子在肝癌发生发展过程中的作用。同时，运用免疫沉淀结合质谱分析、染色质可及性分析（如 ATAC - seq）、RNA 测序（RNA - seq）等技术，深入探究相关分子机制。

图2 保护抑制剂筛选

研究结果

筛选保护抑制因子候选者：通过计算分析，研究人员从 1296 个转录因子中筛选出 59 个候选保护抑制因子，其中 27 个满足终身保护抑制因子的标准，14 个被报道能促进预测的细胞命运。在肝细胞候选者中，PROX1（prospero homeobox protein 1）表现出肝细胞特异性表达，并结合许多非肝细胞基因，成为首要的肝细胞保护抑制因子候选者。

PROX1 与肝癌的关系：患者数据显示，肝细胞候选基因（PROX1、KLF15、ONECUT2 和 ZNF771）的高表达与肝细胞癌（Hepatocellular carcinoma，HCC）患者更好的预后相关，其中 PROX1 在肝癌组织中的表达低于正常组织。在 Hep3B 细胞系和小鼠肝癌模型中，过表达 PROX1 会抑制细胞增殖，减少肿瘤结节数量，延长小鼠生存期；相反，敲低 PROX1 则会促进细胞增殖，加速肿瘤形成。这表明 PROX1 在肝癌中具有肿瘤抑制作用。

PROX1 对肝脏再生和重编程的作用：利用单细胞 RNA 测序分析发现，在肝脏损伤后的再生过程中，Prox1 表达和肝细胞身份会显著下降。在条件性 Prox1 基因敲除小鼠中，肝脏损伤后肝细胞再生效率降低，血清中肝脏损伤标志物碱性磷酸酶（Alkaline phosphatase，ALP）水平升高，说明 PROX1 是肝脏损伤后肝细胞有效再生所必需的。在 MEFs 重编程为肝细胞的实验中，过表达 Prox1 能提高肝细胞身份，增加成功重编程的肝细胞数量；敲低 Prox1 则会损害肝脏重编程，表明 PROX1 对肝细胞命运诱导至关重要。

PROX1 抑制替代命运：过表达 PROX1 几乎完全抑制神经元和肌细胞的重编程，同时促进肝细胞命运。在肝细胞重编程过程中，PROX1 通过与核心抑制因子相互作用，主要是与核小体重塑和去乙酰化（Nucleosome remodeling and deacetylase，NuRD）复合物的 11 个成员相互作用，关闭染色质，抑制非肝细胞命运基因的表达，从而促进肝细胞身份的维持。

PROX1 调控肝癌可塑性：PROX1 在 HCC 中的表达比胆管癌（Cholangiocarcinoma，CCA）高 1.4 倍，且 HCC 患者中高表达 PROX1 的生存期更好。在小鼠肝癌模型中，敲低 Prox1 会使肿瘤从 HCC 向 CCA 转变，而过表达 Prox1 则诱导 CCA 向 HCC 转变。这表明 PROX1 可以调节肝癌的可塑性，维持肝细胞身份，防止肝脏疾病的发生。

研究结论与讨论

这项研究表明，PROX1 作为一种肝细胞特异性的保护抑制因子，通过抑制非肝细胞基因，积极抑制细胞命运可塑性，从而维持肝细胞身份并预防肝癌发生。在发育过程中，细胞命运可塑性逐渐受到限制，而 PROX1 的持续表达和功能发挥对于肝细胞命运的维持至关重要。从机制上讲，PROX1 通过与 NuRD 复合物相互作用，关闭染色质，抑制替代命运的主调节因子，如 Prrx1 和 Pparg 等，进而促进肝细胞命运。

在肝癌研究方面，该研究成果具有多方面的重要意义。一方面，发现 PROX1 在肝癌中的肿瘤抑制作用，且其过表达能显著延长小鼠生存期，这为肝癌的治疗提供了新的潜在靶点。与目前肝癌治疗中使用的激酶抑制剂索拉非尼相比，Prox1 过表达对小鼠生存期的延长效果更为显著，这为开发更有效的肝癌治疗策略提供了新的思路。另一方面，PROX1 对肝癌可塑性的调控作用，即能够调节肝细胞向 HCC 或 CCA 的转化，有助于深入理解肝癌的发病机制，为肝癌的早期诊断和精准治疗提供了理论基础。

此外，该研究还提出了一种关于保护抑制因子的模型，这类因子通过调节不适当可及的基因，维持细胞命运。研究人员通过对 18 种细胞类型的分析，鉴定出多个候选保护抑制因子，这为进一步研究细胞命运调控机制提供了方向。未来，深入探究这些保护抑制因子在其他细胞类型中的作用，以及它们与疾病发生发展的关系，有望为再生医学和癌症治疗带来更多突破。同时，研究 PROX1 等转录因子如何在不同细胞环境中依赖辅助因子发挥作用，也将加深对细胞命运调控复杂性的理解，推动生命科学领域的发展。

参考资料

[1] Active repression of cell fate plasticity by PROX1 safeguards hepatocyte identity and prevents liver tumorigenesis