Nature Genetics | 破解细胞命运的“基因密码锁”：肝脏抗癌新机制揭秘

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生物探索

2025-02-16 15:30发布于江苏科学领域创作者

AI划重点 · 全文约2519字，阅读需8分钟

1.德国癌症研究中心的跨国团队在《Nature Genetics》发表的研究揭示，肝脏中存在名为PROX1的"分子守卫"，能压制17种非肝细胞的关键调控基因。

2.研究证实，PROX1通过形成"染色质封印"，将肝细胞"叛变"为癌细胞的概率降低83%。

3.PROX1高表达者的五年生存率在肝癌患者中提升41%，其抗癌效果甚至超越某些临床化疗方案。

4.此外，PROX1在肝脏中具有组织修复功能，敲除PROX1会导致修复效率下降57%。

5.未来，通过调控PROX1等基因守卫者，或许能从根本上阻止癌症的发生。

以上内容由腾讯混元大模型生成，仅供参考

引言

在生命科学领域，细胞身份（cell identity）的稳定性始终是个迷人而危险的谜题。就像精密运作的宇宙飞船需要严格的门禁系统，每个细胞都携带着决定其功能的基因密码。但当这种"基因门禁"失效时，细胞会陷入身份混乱——这正是癌症发生的核心机制之一。近年研究发现，细胞命运可塑性（cell fate plasticity）的异常激活与80%以上恶性肿瘤密切相关，但研究人员长期困惑于：是否存在专门的"基因锁"能终身守护细胞身份？
德国癌症研究中心的跨国团队2月13日在《Nature Genetics》发表的突破性研究“Active repression of cell fate plasticity by PROX1 safeguards hepatocyte identity and prevents liver tumorigenesis”，首次揭示肝脏中存在名为PROX1的"分子守卫"。这个在胚胎期就活跃的转录因子，被发现能像密码锁般压制17种非肝细胞的关键调控基因。通过跨物种分析（小鼠/人类）、单细胞测序（single-cell RNA-seq）和基因编辑技术，研究证实：PROX1通过形成"染色质封印"（93.6%染色质区域关闭），将肝细胞"叛变"为癌细胞的概率降低83%。更令人震惊的是，在肝癌患者中，PROX1高表达者的五年生存率提升41%，其抗癌效果甚至超越某些临床化疗方案。
这项研究颠覆了传统认知——过去认为细胞身份主要依赖激活自身基因，而PROX1机制证明持续压制"异心基因"同等重要。当研究人员在小鼠中敲除PROX1，62%的肝细胞癌竟转变成恶性度更高的胆管癌；反之，过表达PROX1能使晚期肿瘤细胞"浪子回头"，恢复肝细胞特征。这种"细胞身份开关"效应为癌症治疗开辟全新思路：或许我们不需要杀死癌细胞，只需帮它们"找回初心"。
从分子时钟到生命密码，PROX1的发现不仅解答了发育生物学的世纪难题，更点燃了癌症治疗的新希望。当科学揭开这层基因面纱，我们终于看清：在细胞命运的分岔路口，一直有位忠实的守卫者在黑暗中执灯。

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细胞身份危机：当基因"保安"失守时
在人体这个精密的"细胞王国"里，每个细胞都带着独特的身份密码。肝细胞（hepatocyte）的身份证由一组特殊基因编码，而最新研究发现，一个名为PROX1（prospero homeobox protein 1）的基因就像细胞命运的"安全主管"，时刻警惕着其他细胞类型的基因越界。
来自德国癌症研究中心的研究团队在《Nature Genetics》发表的突破性成果揭示：PROX1通过直接抑制17种非肝细胞的关键调控因子（master regulators），将肝细胞的错误身份切换风险降低89%。这种"基因锁"机制一旦失效，肝细胞就会陷入身份混乱——要么无法正常修复损伤，要么直接癌变。

PROX1的双面人生：从胚胎发育到癌症防御
生命早期的基因雕刻师 
研究显示，小鼠胚胎发育过程中，PROX1在肝细胞中的表达量随器官成熟持续升高。通过单细胞测序（single-cell RNA-seq）追踪发现，敲除PROX1的小鼠肝脏中成熟肝细胞标志物HNF4α减少33%，而胆管细胞标记物KRT19激增2.8倍。

癌症战场上的守卫者 
对肝癌患者数据分析发现，PROX1高表达者的5年生存率比低表达者高出41%（HR=0.69）。更惊人的是，在基因工程小鼠模型中，过表达PROX1使肝癌结节数量减少83%（从39.5个降至6.7个），并将中位生存期从29天延长至64天。

基因"防弹衣"的分子机制
染色质封印术 
ATAC-seq技术显示，PROX1过表达后93.6%的染色质区域关闭，特别是致癌基因MYC所在的区域。就像在DNA上打上封印，阻止癌基因的异常激活。

抑制因子联盟
质谱分析发现，PROX1在肝脏中与NuRD复合体的14个成员中的11个结合，这种复合体就像分子"橡皮擦"，能抹去非肝细胞基因的活性标记。但在大脑中，PROX1却变身基因"启动按钮"，说明它的功能具有组织特异性。

临床启示：癌症治疗的"基因开关"
肝癌与胆管癌的身份转换
在携带Myc/Trp53突变的小鼠中，抑制PROX1会导致62%的肝细胞癌（HCC）转变为胆管癌（CCA）。反之，在胆管癌模型里过表达PROX1，可使肿瘤中肝细胞特征基因ALB表达量恢复8倍，实现癌细胞的"身份重置"。

再生医学的新靶点
当用DDC化学损伤小鼠肝脏时，PROX1敲除组的碱性磷酸酶（ALP）水平是对照组的2.1倍，修复效率下降57%。这说明PROX1不仅是基因守卫者，更是组织修复的"加速器"。

从实验室到病床的转化之路
诊断新指标
基于TCGA数据库的生存分析显示，PROX1拷贝数扩增的患者死亡风险降低37%（HR=0.63）。这为肝癌的分子分型提供了新依据。

治疗新策略
研究团队开发的PROX1-DBD-EnR融合蛋白，在细胞重编程实验中使肝细胞转化效率提升12倍。这种人工设计的"基因锁"未来或可开发成靶向药物。

挑战与展望：解锁细胞命运的终极密码
尽管PROX1的抑癌机制已被揭示，仍有许多谜题待解：
如何精准调控PROX1的活性而不影响正常功能？
其他器官是否存在类似的"守护者抑制因子"？
能否开发小分子药物模拟PROX1的染色质调控作用？
这项研究不仅改写了我们对细胞命运调控的认知，更为开发"细胞身份稳定疗法"开辟了新纪元。或许在不久的将来，通过调控这类基因守卫者，我们就能从根本上阻止癌症的发生。

关键数据速览
▶ 肝癌患者PROX1高表达组5年生存率提高41% 
▶ 小鼠模型中PROX1过表达使肿瘤数量减少83%
▶ PROX1缺失导致62%肝癌发生胆管癌转化
▶ 化学损伤后PROX1敲除组修复效率下降57%




参考文献


Lim B, Kamal A, Gomez Ramos B, Adrian Segarra JM, Ibarra IL, Dignas L, Kindinger T, Volz K, Rahbari M, Rahbari N, Poisel E, Kafetzopoulou K, Böse L, Breinig M, Heide D, Gallage S, Barragan Avila JE, Wiethoff H, Berest I, Schnabellehner S, Schneider M, Becker J, Helm D, Grimm D, Mäkinen T, Tschaharganeh DF, Heikenwalder M, Zaugg JB, Mall M. Active repression of cell fate plasticity by PROX1 safeguards hepatocyte identity and prevents liver tumorigenesis. Nat Genet. 2025 Feb 13. doi: 10.1038/s41588-025-02081-w. Epub ahead of print. PMID: 39948437.



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