PRMT1基因敲除通过调控细胞周期与迁移影响人支气管上皮细胞功能的机制研究

《Scientific Reports》：Knockout of protein arginine methyltransferase 1 inhibited cell growth and promoted cell migration in human bronchial epithelial cells

本研究针对PRMT1在支气管上皮中的具体功能尚不明确的问题，通过CRISPR/Cas9技术构建PRMT1敲除的16HBE细胞模型，系统探讨了PRMT1对上皮细胞生理过程的调控作用。研究发现PRMT1敲除通过调节cyclins/CDKs/CDKIs网络引起S期阻滞，同时通过Bcl-2/Bax途径促进细胞凋亡，并意外地增强了细胞迁移能力。该研究揭示了PRMT1在支气管上皮稳态维持中的双重调控作用，为肺部疾病上皮重塑机制提供了新的理论依据。

　　

随着工业化和城市化进程的加速，全球环境污染问题日益严重，肺部疾病的发病机制日趋复杂。在这一背景下，探索新的诊断和治疗方法显得尤为重要。蛋白精氨酸甲基转移酶1（PRMT1）作为最重要的精氨酸甲基转移酶，负责细胞内85%的PRMT活性，通过催化蛋白质精氨酸侧链的单甲基化和不对称二甲基化，在胚胎发育和多种器官的生理过程中发挥关键作用。近年来研究发现PRMT1在肺部疾病中表达异常，与哮喘、非小细胞肺癌等疾病的发生发展密切相关，但其在支气管上皮这一呼吸道第一道防线中的具体生物学功能仍不清楚。

为了深入探究PRMT1在支气管上皮细胞中的功能机制，Wen-Jing Yang、Bing-Yan Liu和Lu Xue研究团队在《Scientific Reports》上发表了最新研究成果。研究人员选择人支气管上皮细胞系16HBE作为研究对象，利用CRISPR/Cas9基因编辑技术成功构建了PRMT1敲除细胞系，通过MTT法、克隆形成实验、流式细胞术、划痕愈合实验和Transwell侵袭实验等多种技术手段，系统评估了PRMT1敲除对细胞增殖、周期分布、凋亡和运动能力的影响。

研究团队首先通过Western blot验证了PRMT1敲除效率，发现两个敲除细胞系（16P-2和16P-11）中PRMT1蛋白表达几乎完全缺失。MTT实验结果显示PRMT1敲除显著抑制了细胞增殖，克隆形成实验进一步证实了这一现象。机制研究发现，PRMT1敲除导致癌基因c-Myc和磷酸化AKT（p-AKT）表达上调，这两个因子在细胞生长、增殖和死亡/存活中具有双重调节作用。

细胞周期分析揭示了更为精细的调控机制。PRMT1敲除导致G1期和G2/M期细胞比例减少，而负责DNA合成的S期细胞比例显著增加，表明细胞周期在S期发生阻滞。研究人员检测了一系列细胞周期调控因子，发现细胞周期蛋白A2（cyclin A2）、细胞周期蛋白D3（cyclin D3）、细胞周期蛋白依赖性激酶2（CDK2）、CDK6、Myt1和P27kip1表达下降，而细胞周期蛋白B（cyclin B）、细胞周期蛋白D1（cyclin D1）、CDK4、磷酸化CDC2（p-CDC2）、磷酸化weel（p-weel）和P21wafl/cip1表达上升。

细胞凋亡实验显示PRMT1敲除促进了细胞凋亡。Western blot分析表明，促凋亡蛋白Bax表达上调，而抗凋亡蛋白Bcl-2表达下调，这一结果与流式细胞术检测到的凋亡细胞比例增加相一致。

令人意外的是，尽管PRMT1敲除抑制了细胞增殖，但细胞运动能力却显著增强。划痕愈合实验显示PRMT1敲除细胞在6小时和12小时的伤口闭合速度明显快于野生型细胞。Transwell侵袭实验进一步证实，PRMT1敲除细胞的侵袭数量显著增加。上皮间质转化（EMT）相关标志物检测发现，E-钙黏蛋白（E-cadherin）、N-钙黏蛋白（N-cadherin）和波形蛋白（vimentin）在敲除细胞系中均下调。

本研究的一个重要发现是PRMT1敲除导致细胞增殖抑制与迁移增强这一看似矛盾的表型。研究人员提出，c-Myc和p-AKT的上调在促进细胞运动的同时，与S期阻滞共同作用，可能重新编程了细胞的行为优先级，使细胞从生长状态转向运动状态。这种增殖与迁移的解耦合现象突显了PRMT1功能的背景依赖性，表明其缺失可以将支气管上皮细胞重编程为具有侵袭性但不增殖的状态。

该研究系统阐明了PRMT1在支气管上皮细胞中的多重调控功能，不仅为理解肺部疾病中上皮重塑的分子机制提供了重要线索，也为开发针对PRMT1的肺部疾病治疗策略奠定了理论基础。特别值得注意的是，PRMT1敲除导致的增殖抑制与迁移增强的独特表型，为研究上皮细胞在疾病状态下的行为转变提供了新的视角，对理解肺部疾病早期进展机制具有重要意义。