膀胱癌(Bladder cancer,BC)是一种泌尿系统的高度侵袭性恶性肿瘤,可分为非肌肉浸润性和肌肉浸润性两大亚型。当今全球范围内,非肌肉浸润性膀胱癌与肌肉浸润性膀胱癌的发病率约为3:1,肌肉浸润性膀胱癌通常病理学级别较高,具有更高的病死率,更易出现临床转移并且预后较差。因此,迫切需要阐明膀胱癌的发生和发展机制,寻找新的疾病标志物,为膀胱癌的诊断和治疗提供依据。
作者通过X-Aptamer技术,基于多拷贝微球文库以膀胱癌组织为正筛,膀胱癌旁组织为负筛,进行正、负两次筛选,成功地获得了一种核酸适体,命名为TB-5。并且验证了TB-5对于临床膀胱癌病理组织的识别能力。核酸适体TB-5能有效区分临床膀胱癌组织样本与相应正常组织样本,具有很强的肿瘤组织特异性识别能力。作者进一步利用核酸适体pull-down实验和质谱技术等方法,对TB-5的靶标蛋白进行了探究,并结合生物信息学手段阐述其靶蛋白表达水平与膀胱癌之间的相关性,其旨在挖掘临床膀胱癌的潜在疾病标志物,并为临床膀胱癌组织筛查提供有力的分子探针。

膀胱癌组织荧光共定位研究结果表明:TB-5的靶标分子主要分布在细胞核内,但也分布在细胞膜或胞质中。然而,在切片荧光染色实验中,组织固定可能会导致细胞膜功能部分丧失,使TB-5能够穿越细胞膜进入胞内与靶标分子结合。因此,为了进一步明确TB-5靶标分子,作者通过流式细胞术和激光共聚焦研究253J-BV细胞中TB-5的特异性结合的分子靶点。作者进一步通过蛋白酶K或胰蛋白酶对253J-BV细胞进行预处理,通过流式细胞术探究TB-5的靶标类型。与未经处理的对照组相比,处理组中TB-5完全失去与253J-BV细胞的结合能力,表明TB-5的分子靶标为细胞膜上的蛋白质。随后,作者验证了Biotin修饰不影响TB-5与253J-BV细胞膜上的靶分子结合能力。而后,通过核酸适体pulldown实验富集核酸适体-靶蛋白复合物,发现在110 kDa位置存在一个明显的差异性条带。通过液相色谱串联质谱联用系统(LC-MS/MS)分析鉴定其中的肽段,初步鉴定NCL为核酸适体TB-5的靶标蛋白。最后作者通过NCL蛋白表达干扰,蛋白检测及竞争性结合等方法进一步验证TB-5的靶蛋白为NCL。

NCL是核仁中含量最多的非核糖体蛋白之一,在核糖体的生物形成、细胞增殖调节,DNA 修复等多种过程中发挥重要作用。NCL蛋白在多种癌细胞中过表达,并参与癌细胞内信号转导过程,促进癌细胞的增殖和转移。例如,NCL蛋白可以通过激活PI3K/Akt通路,导致细胞的自噬过程被抑制。癌细胞侵袭和转移是导致癌症患者高病死率和不良预后的重要原因,NCL蛋白通过直接结合半胱氨酸tRNA片段(5'-tRF Cys)形成转录稳定的核糖核蛋白复合物,来保护这些转录物免受核酸外切降解,从而促使乳腺癌完成侵袭和转移。NCL蛋白还被发现与基因增强子相互作用,调节基因转录。在胚胎干细胞中,NCL蛋白可以通过抑制p53相关信号通路来维持胚胎干细胞的自我更新和抗药。因此,NCL蛋白已被认为是癌症领域的一个重要的治疗性靶点,且被Erxi Wu教授团队首次鉴定为抗癌症干细胞药物的特异性结合蛋白。


核酸适体TB-5对NCL蛋白的高度特异性识别使其成为癌症治疗的一种潜在的新型靶向药物。NCL以不同的机制调控恶性肿瘤的信号转导,从而影响肿瘤细胞的生存、增殖和转移。当前的核酸适体(AS1411和其他G4s)主要干扰NCL在细胞周期, 细胞分裂和细胞凋亡中的功能。本研究新筛选出的核酸适体TB-5通过一种新的组织筛选快速获得,其通过干扰癌细胞的RNA转录过程,促进自噬,并抑制膀胱癌细胞的迁移和侵袭。鉴于TB-5的低免疫原性,它可以作为抗体的替代品,用于检测癌症组织切片和体内治疗。TB-5在未来临床研究中具有广阔的应用前景,该研究为NCL核酸适体TB-5的临床转化研究提供了重要的理论基础。