SMAD3通过调控RNF167/STAMBPL1介导的Sestrin2泛素化驱动胃癌进展的分子机制研究

本研究针对胃癌(GC)进展中蛋白稳态调控机制不明的科学问题，通过单细胞转录组分析和多组学技术，揭示了SMAD3通过协同调控RNF167（促泛素化）和STAMBPL1（去泛素化）平衡Sestrin2蛋白稳定性，进而促进GC细胞增殖、迁移并抑制凋亡的分子机制。研究发现SMAD3-Sestrin2轴通过激活EMT（上皮-间质转化）增强肿瘤转移能力，为GC靶向治疗提供了新策略。

　　

胃癌作为全球癌症相关死亡的主要原因之一，尤其在亚洲地区呈现高发病率与低早期诊断率的双重困境。尽管分子生物学研究已发现TGF-β（转化生长因子β）信号通路核心分子SMAD3与肿瘤发生密切相关，但其在胃癌中调控蛋白稳态的具体机制仍是未解之谜。与此同时，抑癌蛋白Sestrin2在维持细胞氧化还原平衡和抑制肿瘤进展中的作用虽被广泛关注，其稳定性调控网络却鲜有报道。这种知识缺口使得针对胃癌关键靶点的精准治疗策略开发面临重大挑战。

河北医科大学第二医院的研究团队在《Cell Division》发表的研究中，通过整合单细胞转录组数据（GSE183904）和TCGA-STAD队列分析，首次揭示SMAD3通过泛素化酶RNF167和去泛素化酶STAMBPL1的协同作用，动态调控Sestrin2蛋白稳定性，从而驱动胃癌恶性进展的分子机制。研究不仅证实SMAD3-Sestrin2轴通过激活EMT促进肿瘤转移，更为靶向干预胃癌蛋白稳态调控网络提供了理论依据。

关键技术方法包括：1）单细胞转录组分析（29个样本/127,257个细胞）鉴定SMAD3与Sestrin2/STAMBPL1的共表达模式；2）构建SMAD3过表达/敲除的AGS和MKN-45细胞模型；3）CHX（放线菌酮）追踪实验结合Co-IP（免疫共沉淀）验证蛋白降解途径；4）Transwell和小鼠异种移植模型评估肿瘤转移能力；5）IHC（免疫组化）分析EMT标志物表达。

主要研究结果

单细胞数据解析GC分子特征

通过Harmony算法整合105,091个高质量细胞数据，鉴定出14个细胞亚群，包括特征性上皮细胞（KRT7⁺）和T/NK细胞（CD3D⁺）。Pearson相关性分析显示SMAD3与Sestrin2（r=0.68）和STAMBPL1（r=0.72）呈显著正相关（图2A-D），提示三者存在功能关联。

SMAD3双向调控Sestrin2表达

RT-qPCR和WB实验证实，SMAD3过表达使Sestrin2 mRNA和蛋白水平分别提升2.1倍和1.8倍（p<0.001），而敲除SMAD3导致其表达量下降60%（图3A-D）。IF（免疫荧光）显示SMAD3过表达使Sestrin2在胞质聚集度增加1.5倍（图3E），表明SMAD3影响其亚细胞定位。

功能挽救实验验证轴心作用

在SMAD3敲除细胞中回补Sestrin2，可使Transwell迁移细胞数从85±7恢复至210±15（p<0.01），而SMAD3过表达细胞中敲除Sestrin2使凋亡率从5.2%升至18.7%（图4D-F）。CCK-8实验显示72小时增殖率受SMAD3-Sestrin2轴调控幅度达2.3倍（图4B），证实该通路对GC恶性表型的决定性作用。

泛素化调控机制解析

CHX实验显示SMAD3过表达使Sestrin2半衰期从4小时延长至7小时（图5B）。Co-IP证实SMAD3促进STAMBPL1与Sestrin2结合（亲和力提升2.4倍），同时抑制RNF167介导的K48链多聚泛素化（图5C-D）。IF共定位显示三者在胞质形成复合物（图5E-F），阐明SMAD3通过"分子开关"作用平衡Sestrin2稳定性。

动物实验验证治疗潜力

小鼠模型中，SMAD3敲除使肿瘤体积缩小65%（p<0.001），而回补Sestrin2可逆转此效应（图6B-C）。肝转移灶计数显示SMAD3缺失组病灶数减少83%，IHC证实该组E-cadherin表达量升高3.1倍（图6D-F），表明靶向该轴可同时抑制原发灶生长和远端转移。

这项研究创新性地揭示了SMAD3通过泛素化编辑调控非经典底物Sestrin2的分子模式，突破了传统认知中SMAD3仅作为转录因子的功能局限。发现的RNF167/STAMBPL1-Sestrin2调控模块为开发小分子抑制剂（如PROTAC降解剂）提供了精确靶点。临床转化方面，SMAD3-Sestrin2通路关键分子的表达谱可作为胃癌分子分型的新标志物，其干预策略尤其适用于治疗耐受性强的EMT亚型肿瘤。研究还启发了通过代谢重编程（如亮氨酸-mTOR通路）与泛素化调控交叉干预的新型联合治疗思路，为改善胃癌患者预后开辟了多靶点协同治疗的新途径。