GSK-3/β-catenin 信号轴调控 ARHGAPs 影响胶质瘤细胞迁移和侵袭的研究进展

时间：2025年3月10日

来源：Cell Reports

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这篇综述揭示了 GSK-3/β-catenin 信号轴对 ARHGAPs 的调控，及其在胶质瘤细胞迁移和侵袭中的关键作用。

一、研究背景

癌症细胞具有改变形态和进行表型转换的能力，这一过程在恶性肿瘤的发展中起着关键作用。在恶性脑肿瘤，如胶质母细胞瘤（GBM）中，癌细胞的这种能力促使其向周围脑组织浸润，导致患者预后极差，尽管进行了多模式治疗，仍有超过 90% 的患者在 5 年内复发。因此，探究癌细胞形态可塑性的调节机制及其在肿瘤转移中的作用，成为癌症研究领域的重要课题。

二、研究目的

本研究旨在揭示调节癌细胞形态转换的分子机制，特别是糖原合成酶激酶 3（GSK-3）信号通路与 RhoGTP 酶激活蛋白（ARHGAPs）之间的关系，以及它们如何影响胶质瘤细胞的迁移、侵袭和表型转换，为改善 GBM 患者的治疗效果提供理论依据。

三、研究方法

细胞实验：选用 U251 和 U87 等胶质瘤细胞系，这些细胞系在肿瘤生长、血管生成和侵袭性生长方面具有典型特征。通过免疫细胞化学、活细胞成像、基因沉默、蛋白质印迹等实验技术，研究细胞形态、迁移能力、蛋白表达和信号通路的变化。
动物实验：利用 Balb/c 裸鼠建立原位颅内异种移植模型，将稳定敲低 ARHGAP12 或 ARHGAP29 的 U87 细胞以及非靶向对照细胞颅内注射到小鼠体内，观察肿瘤形成、生长和转移情况。
生物信息学分析：通过 Betastasis、TCGA 数据库以及组织微阵列（TMA）分析，研究 ARHGAP12 和 ARHGAP29 在不同 GBM 亚型中的表达情况，以及它们与患者生存和疾病复发的关系。

四、研究结果

GSK-3 抑制对胶质瘤细胞形态和迁移的影响：GSK-3 抑制剂 BIO 处理 U251 和 U87 细胞后，细胞形态发生显著改变。在 2D 培养中，U251 细胞的平均速度从 0.6μm/min 降至 0.2μm/min，U87 细胞从 0.7μm/min 降至 0.3μm/min；在 3D 培养中，细胞的迁移和侵袭能力也明显下降。同时，细胞内肌动蛋白丝和粘着斑的分布发生改变，表明 BIO 处理导致细胞骨架重排，进而影响细胞迁移。
ARHGAP12 和 ARHGAP29 的表达与细胞形态变化的关系：基因组转录组研究发现，BIO 处理后，U251 细胞中 ARHGAP12 上调 2.22 倍，ARHGAP29 下调 3.13 倍。通过免疫荧光和蛋白质印迹实验证实，GSK-3 抑制增加了 ARHGAP12 的表达，减少了 ARHGAP29 的表达。基因沉默实验表明，ARHGAP12 和 ARHGAP29 在调节细胞形态和迁移方面具有相反的作用。ARHGAP12 敲低使细胞形成细长的链状延伸，而 ARHGAP29 敲低导致细胞更圆，抑制了细胞的侵袭能力。
GSK-3 抑制对 ARHGAP 基因转录的调控机制：GSK-3 通过靶向 β- 连环蛋白（β-catenin）的降解来控制其驱动的转录程序。抑制 GSK-3 可促进 β-catenin 核转位，进而调节基因表达。使用 β-catenin 诱导转录的化学抑制剂 ICG001 处理 GBM 细胞后发现，ARHGAP12 和 ARHGAP29 的表达受 GSK-3/β-catenin 信号轴的调控，表明该信号轴在调节 ARHGAP 基因转录中起重要作用。
ARHGAP12 和 ARHGAP29 对细胞信号通路的影响：研究发现，GSK-3 抑制对 RhoA 和 Rac1 的磷酸化有不同影响，在 U251 细胞中增加 Rac1 磷酸化，在 U87 细胞中降低 Rac1 磷酸化。ARHGAP12 和 ARHGAP29 敲低影响蛋白酪氨酸激酶（PTKs）和丝氨酸 / 苏氨酸激酶（STKs）的活性，特别是 Src 家族激酶（SFK）的信号传导。此外，ARHGAP12 和 ARHGAP29 敲低还影响 β-catenin、RhoA、Rac1 以及上皮 - 间质转化（EMT）相关标记物的表达，表明它们在调节细胞信号通路和 EMT 过程中发挥作用。
ARHGAP12 和 ARHGAP29 在体内的作用：在原位颅内异种移植小鼠模型中，ARHGAP29 敲低的肿瘤边缘光滑，细胞突起和单个细胞较少；ARHGAP12 敲低的肿瘤则出现长延伸和单个细胞。同时，ARHGAP12 敲低导致 N-cadherin 表达降低，提示肿瘤的侵袭性增强，表明 ARHGAP12 和 ARHGAP29 在体内对肿瘤的形态和侵袭性具有重要调节作用。
ARHGAP12 和 ARHGAP29 表达与临床结果的关系：通过对 TCGA 数据库和 TMA 的分析，发现 ARHGAP12 和 ARHGAP29 的共表达与 GBM 患者的疾病复发和总体生存相关。在 proneural 亚型中，ARHGAP12 表达与生存呈负相关，ARHGAP29 表达与生存呈正相关，表明这两个基因在 GBM 的临床进程中具有重要意义。

五、研究结论

本研究揭示了 GSK-3/β-catenin 信号轴通过调节 ARHGAP12 和 ARHGAP29 的表达，影响 Src 激酶信号通路和 RhoGTPase 驱动的细胞骨架重排，从而促进胶质瘤细胞的表型转换和迁移侵袭。ARHGAP12 和 ARHGAP29 的共表达与 GBM 患者的不良预后相关，表明它们可能是 GBM 治疗的潜在靶点。然而，本研究也存在一定局限性，如对其他 ARHGAP 家族成员的研究不足，以及基因敲低水平不够高等。未来的研究需要进一步深入探讨 ARHGAPs 在肿瘤发生发展中的作用机制，为开发更有效的癌症治疗策略提供理论支持。