在癌症研究的广阔领域中，肺癌一直是令人头疼的 “大反派”。它稳坐癌症相关死亡率的头把交椅，5 年生存率低得可怜，连 18% 都难以突破。其中，非小细胞肺癌（NSCLC）占了肺癌的大部分，约 85%，而肺腺癌又是非小细胞肺癌中最常见的肿瘤类型。在这场与肺癌的 “战斗” 中，p53 蛋白原本是一位英勇的 “抗癌卫士”，它由肿瘤蛋白 TP53 基因产生，能抑制细胞增殖、诱导细胞死亡、调控代谢等。然而，现实很残酷，超过 45% 的人类肺癌中，TP53 基因都发生了突变，p53 蛋白 “受伤” 了，无法正常发挥作用，导致肺癌的发生和发展更加肆无忌惮。
科学家们一直在努力寻找新的抗癌 “武器”。在寻找 p53 蛋白的 “队友” 时，发现了一个新的基因家族，它能编码应激反应蛋白 Sestrins1 - 3（SESN1 - 3）。其中，SESN1 和 SESN2 受 p53 调控，在 p53 缺失的细胞中，它们的表达量很低，而且在人类肺癌中，这两个基因的表达也下调了。SESN1 和 SESN2 就像细胞里的 “多面手”，能抑制活性氧（ROS）、调节雷帕霉素蛋白激酶复合物 1 和 2（mTORC1/2）、维持线粒体代谢、激活细胞死亡等。不过，之前研究发现，在肺腺癌 A549 细胞中，敲除 SESN1 和 SESN2 后，细胞增殖加快，还对细胞死亡产生了抵抗，可 mTORC1 的活性却没受影响，这就很奇怪了，说明它们可能通过一种不依赖 mTORC1 的机制来调节细胞过程，但具体是怎么回事，还不清楚。
与此同时，信号转导和转录激活因子（STAT）家族中的 STAT3，在癌症这场 “闹剧” 中扮演着不光彩的角色。它在肺癌和其他癌症中经常被过度激活，促进癌细胞增殖、抑制细胞死亡，还和肿瘤的侵袭、转移以及对化疗药物的耐药性有关。可在肺癌中，STAT3 持续激活的精确机制却像一团迷雾，让人摸不着头脑。
为了揭开这些谜团，来自相关研究团队的研究人员在《Cell Death and Disease》期刊上发表了题为 “Sestrin1 and Sestrin2 suppress cell proliferation and promote cell death by targeting STAT3 in lung adenocarcinoma” 的论文。研究发现，SESN1 和 SESN2 可以通过抑制 STAT3 转录因子，调控细胞增殖和死亡；SESN1 和 SESN2 的缺失会导致 STAT3 激活，促进癌症发生和耐药，重新激活 SESN1 和 SESN2 有望成为一种潜在的癌症治疗策略。这一发现为肺癌治疗带来了新的希望，就像在黑暗中找到了一丝曙光。
研究人员为了开展这项研究，运用了多种关键技术方法。在细胞研究方面，他们对细胞进行培养和处理，让细胞处于不同的实验条件下，观察其变化。同时，构建了多种细胞模型，像 SESN1 和 SESN2 敲除的 A549 细胞等，以此来研究相关基因和蛋白的功能。通过 RNA 测序（RNA - seq）技术，全面分析基因表达谱的变化，找出差异表达的基因。利用定量聚合酶链反应（qPCR），对特定基因的表达进行精确验证。还使用免疫沉淀和免疫印迹分析，来检测蛋白的相互作用、磷酸化水平和表达情况，从而深入了解细胞内的信号传导机制。
下面让我们详细看看研究的结果：
- 敲除 SESN1 和 / 或 SESN2 激活 STAT3：研究人员检查了多种可能受 Sestrins 调节的信号通路，发现敲除 SESN1 和 SESN2 后，mTORC1、mTORC2 - AKT、AMPK、MAPK、WNT/β - Catenin 等信号通路相关蛋白的磷酸化水平都没什么明显变化，p62 的表达水平也没有差异。但令人惊讶的是，STAT3 的磷酸化水平却显著升高，而 STAT 家族的另一个成员 STAT1 的磷酸化水平并没有变化，这说明 SESN1 和 SESN2 对 STAT3 的调节是特异性的。进一步研究发现，单独敲除 SESN1 或 SESN2，STAT3 的磷酸化水平处于中间状态，而且敲除 SESN1 和 SESN2 并不影响 JAK2 的磷酸化，说明 STAT3 磷酸化是在 JAK2 下游受调控的。另外，异位表达 SESN2 或者同时异位表达 SESN1 和 SESN2，能让 STAT3 的磷酸化水平恢复到正常水平，沉默 SESN1 和 SESN2 则会增加 STAT3 的磷酸化，在另一种肺腺癌细胞系 H460 中沉默 SESN2 也得到了类似的结果。
- SESN1&2 对 STAT3 磷酸化的调节独立于 GATOR2 且需要 JAK 活性：研究人员猜测 Sestrins 可能直接与 STAT3 相互作用，或者通过影响细胞因子分泌、ROS 产生来调节 STAT3 磷酸化。但通过免疫沉淀分析发现，SESN2 和 STAT3 并没有相互作用，沉默 GATOR2 的关键成分 MIOS 也不影响 STAT3 磷酸化，更换培养基排除了分泌因子的影响，使用 ROS 清除剂 N - 乙酰半胱氨酸（NAC）处理细胞后，发现 SESN1 和 SESN2 的抗氧化活性在调节 STAT3 磷酸化过程中也没起什么作用。相反，用 JAK 抑制剂鲁索替尼处理细胞，能使 STAT3 完全去磷酸化，而 EGFR 抑制剂厄洛替尼则对 STAT3 磷酸化没有影响，这表明 JAK 激酶是 STAT3 磷酸化所必需的，且 SESN1 和 SESN2 对 STAT3 磷酸化的调节不依赖 EGFR。
- SESN1&2 调节 JAK2 - STAT3 通路相关基因的表达：通过 RNA - seq 分析，研究人员发现敲除 SESN1 和 SESN2 后，基因表达谱发生了显著变化，有大约 6000 个差异表达基因（DEGs）。对这些差异表达基因进行富集分析，发现与机体和组织发育、细胞分化、细胞黏附、迁移等相关的基因表达下调，参与脂肪酸氧化的基因表达上调，但并没有发现与 JAK - STAT 通路直接相关的基因显著富集。不过，转录因子（TF）靶基因富集分析显示，JAK - STAT 信号通路的活性明显受到了调节。进一步聚焦五个与 JAK2 - STAT3 通路调节相关的基因（H19、PTPRD、PTPRB、HACD4/PTPLAD2 和 BPIFA1），发现敲除 SESN1 和 SESN2 后，这些基因的表达都下降了，且通过 qPCR 验证了这一结果。其中，PTPRD 能使 STAT3 去磷酸化，敲除 SESN1 和 SESN2 导致 PTPRD 表达下降，而异位表达 PTPRD 能显著降低 STAT3 的磷酸化水平。
- 敲除 SESN1&2 赋予细胞对顺铂的抗性：之前的研究表明 SESN2 能促进细胞对基因毒性化疗药物的死亡反应，而铂类药物顺铂是治疗肺癌常用的药物。研究人员用顺铂处理细胞后发现，敲除 SESN1 和 SESN2 能显著抑制细胞凋亡，使细胞对顺铂产生抗性，形成的细胞集落数量也明显增加，用依托泊苷处理细胞也得到了类似的结果。这说明 SESN1 和 SESN2 在细胞对基因毒性应激的死亡激活中起着重要作用。进一步研究发现，敲除 p53 后，细胞对顺铂的抗性增强，且消除了敲除 SESN1 和 SESN2 导致的细胞死亡差异，说明 SESN1 和 SESN2 调节的细胞死亡是依赖 p53 的。同时，研究人员还发现敲除 SESN1 和 SESN2 对 DNA 损伤反应（DDR）通路相关蛋白的表达和磷酸化影响不大，表明 SESN1 和 SESN2 可能在 p53 下游控制细胞死亡。
- SESN1&2 通过 STAT3 介导调节细胞增殖和死亡：STAT3 在细胞增殖和抑制细胞死亡中起着关键作用。研究人员用 STAT3 抑制剂 C188 - 9 处理 SESN1 和 SESN2 敲除的细胞，发现随着抑制剂浓度增加，STAT3 磷酸化水平逐渐降低，细胞增殖速度也随之减慢，细胞凋亡率则逐渐恢复到正常水平。沉默 STAT3 后，SESN1 和 SESN2 敲除细胞的增殖速度下降，对顺铂的抗性也减弱了。此外，沉默 MCL1 或异位表达 PTPRD 也能恢复 SESN1 和 SESN2 敲除细胞对顺铂的敏感性，进一步证明了 STAT3 在 SESN1 和 SESN2 调节细胞增殖和死亡过程中的重要作用。
综合研究结果和讨论部分，这项研究意义重大。它揭示了 SESN1 和 SESN2 在肺癌发生发展中的新作用机制，发现它们可以通过抑制 STAT3 来调节细胞增殖和死亡，这为理解肺癌的发病机制提供了新的视角。而且，由于 SESN1 和 SESN2 的缺失与癌症发生和耐药相关，重新激活它们有望成为一种潜在的癌症治疗策略，为肺癌治疗开辟了新的方向。同时，研究还发现 STAT3 在多种癌症中被过度激活，抑制 STAT3 可以提高癌细胞对化疗药物的敏感性，这对于其他癌症的治疗也具有重要的参考价值。未来，研究人员可以进一步深入研究 SESN1 和 SESN2 与 STAT3 之间的相互作用机制，以及它们与其他信号通路的串扰，探索如何更好地利用这些发现来开发新的癌症治疗方法，为攻克癌症这个难题带来更多的希望。
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