ZBTB20通过抑制KCTD1的转录活性并激活Hedgehog信号通路，促进肺鳞状细胞癌的恶性进展和干细胞特性

KCTD1通过抑制Hedgehog信号通路减轻肺鳞癌恶性表型及干细胞特性，其功能调控受上游转录因子ZBTB20影响，Jervine可通过靶向Hh通路逆转KCTD1敲低引发的致癌效应。

海王|薛琦天|朱万里|王一超|杨勇

中国上海同济大学医学院上海肺科医院内镜中心

摘要

前列腺钾通道四聚化结构域1（KCTD1）是一种肿瘤抑制因子，能够抑制Hedgehog（Hh）信号通路。本研究的目的是探讨KCTD1在肺鳞状细胞癌（LUSC）中的作用及其对Hedgehog（Hh）通路的影响。使用已知的Hh信号通路抑制剂Jervine来验证KCTD1的功能。在确定了LUSC组织中KCTD1的表达模式后，通过功能获得和丧失实验分析了KCTD1对LUSC细胞恶性行为和干性的影响，以及Hh通路的激活情况。在小鼠体内建立了肿瘤移植物以进行验证。通过生物信息学方法鉴定出锌指结构域和BTB结构域20（ZBTB20）可能是KCTD1的上游调节因子。为了确定ZBTB20在LUSC进展中的作用，将表达该因子的质粒转染到细胞系中，并使用Jervine进行功能恢复实验。尽管KCTD1在LUSC中表达上调，但其表达预示着良好的预后。KCTD1的敲低通过激活Hh通路减少了LUSC细胞的增殖、迁移、克隆形成能力和干性，而Jervine处理则逆转了这些致癌效应。此外，ZBTB20在LUSC组织中表达下调，其过表达通过转录抑制作用下调KCTD1并激活Hh通路，从而增强了LUSC细胞的恶性行为。然而，这些致癌效应可以通过Jervine处理或恢复KCTD1的表达来抵消。总体而言，本研究表明KCTD1通过抑制Hh信号通路来降低LUSC细胞的恶性程度和干性。

引言

肺癌是全球癌症死亡的主要原因，2022年报告的新诊断病例约为250万例，死亡人数超过180万例[1]。非小细胞肺癌（NSCLC）占所有肺癌病例的85%[2]，[3]，其中约30%的NSCLC病例为肺鳞状细胞癌（LUSC）[4]，[5]，这种亚型的预后比更常见的腺癌亚型更差[6]，[7]。根据基于监测、流行病学和最终结果的全面2025年回顾性研究，肺癌患者的5年生存率低于20%，LUSC患者的平均总生存期为32.318个月[8]。此外，LUSC缺乏针对性的治疗方法，尤其是在晚期，使得患者的治疗选择非常有限[9]，这对临床医生和研究人员来说是一个重大挑战。

为了寻找LUSC的潜在治疗靶点，我们进行了综合生物信息学分析，并发现钾通道四聚化结构域1（KCTD1）是一个有前景的候选分子，因为其在LUSC中的表达异常高。KCTD1属于BTB（Broad complex, Tramtrak, and Bric-à-brac）结构域蛋白家族[10]，这一家族的蛋白质在神经发育/神经精神疾病、癌症和遗传性疾病中发挥着重要作用[11]，[12]，[13]，[14]。最新证据表明KCTD蛋白参与调节特定的癌症相关信号通路[13]。先前的研究还显示KCTD1通过抑制WNT/β-连环蛋白通路发挥肿瘤抑制作用[13]，[15]，[16]，Smaldone等人也在结肠癌细胞中验证了这一机制[17]。然而，KCTD1在LUSC中的具体功能仍需进一步阐明。

有趣的是，KCTD1最近也被发现是Hedgehog（Hh）信号通路的抑制剂，它可以抑制核心Hh效应因子Gli1的转录活性[18]。Hh通路在胚胎发生、干细胞维持、组织再生和稳态等关键过程中起着重要作用，其失调可能导致癌症发生[19]，[20]。Hh通路在肺癌中尤为重要，因为它既参与肺部发育，也影响癌细胞的干性，从而导致治疗抵抗和预后不良[21]。Jervine是一种从Veratrum californicum中提取的甾体生物碱，通过与smoothened受体的跨膜区域结合来抑制Hh通路[22]，[23]。研究表明Jervine可以通过抑制Hh和AKT信号通路诱导NSCLC细胞的自噬相关凋亡[24]。在本研究中，我们利用Jervine来探讨Hh信号通路失调和肺癌发生中的作用。我们还研究了锌指结构域和BTB结构域20（ZBTB20）的潜在功能，该转录因子通过生物信息学分析被确定为KCTD1的上游调节因子。

章节片段

细胞和转染

人LUSC细胞系NCI-H1703（CL-0390）和SK-MES-1（CL-0213）购自Procell生命科学技术公司（中国湖北武汉），正常人肺上皮细胞系BEAS-2B（CRL-3588）购自ATCC（美国弗吉尼亚州马纳萨斯）。所有细胞均在含有10% FBS和1%抗生素的RPMI-1640培养基中培养，并在37°C、5% CO₂条件下维持。NCI-H1703和SK-MES-1细胞被转染了表达KCTD1、ZBTB20或空载的慢病毒载体

KCTD1在LUSC中表达上调并抑制肿瘤细胞的恶性行为

为了识别LUSC的潜在治疗靶点，我们利用GEO数据集GSE159857的高通量测序数据筛选了LUSC和正常肺组织之间的差异表达基因（DEGs），该数据集包含17个LUSC样本和11个正常肺样本。显著性阈值设定为adj. p < 0.01（图S1A）。此外，我们还查询了GEPIA的“Most Differential Survival Genes”（http://gepia.cancer-pku.cn/index.html），并将这些基因与DEGs进行了交叉分析

讨论

虽然KCTD蛋白已被证明在癌症发生中起关键调节作用[13]，但其背后的分子机制仍大多未知。在本研究中，我们发现KCTD1通过抑制Hh通路来抑制LUSC的进展，表明其具有肿瘤抑制作用。

最初KCTD1被描述为一种转录抑制因子，已知它通过其BTB结构域抑制AP-2α驱动的基因激活[26]，[27]。它还与AP-2α结合并促进其转位

CRediT作者贡献声明

王一超：验证、数据整理。朱万里：撰写初稿、数据可视化、项目管理、正式分析。薛琦天：软件开发、资源获取、方法学设计、正式分析。海王：撰写初稿、监督、项目管理。杨勇：撰写、审稿与编辑、验证、概念构思

利益冲突

作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

伦理批准和参与同意

所有患者均已获得知情同意，本研究得到了上海Outdo伦理委员会（编号YBM-05-02）和南通肿瘤医院伦理委员会（编号2024-114）的批准。所有动物实验均遵循南通肿瘤医院伦理委员会批准的方案（编号2024-114），并符合实验室动物护理和使用指南。

数据可用性

本研究生成和/或分析的数据可应要求向相应作者索取。

资助

本研究由上海市科学技术委员会资助（编号22Y31920402）。

利益冲突声明

作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。