Repression of rRNA gene transcription by endothelial SPEN deficiency normalizes tumor vasculature via nucleolar stress

一、文献基础信息

· 标题：Repression of rRNA gene transcription by endothelial SPEN deficiency normalizes tumor vasculature via nucleolar stress

· 期刊：Journal of Clinical Investigation（JCI，医学顶刊）

· DOI：10.1172/JCI159860

· 原文链接：https://www.jci.org/articles/view/159860

· 发表时间：2023-10-16

· 作者：Zi-Yan Yang，Xian-Chun Yan，Jia-Yu-Lin Zhang，Liang Liang 等；通讯作者：Hua Han（韩骅，空军军医大学）

· 共同一作：Zi-Yan Yang，Xian-Chun Yan，Jia-Yu-Lin Zhang

二、文献核心主要内容

原理图：内皮细胞 SPEN 缺失上调 pRNA → 抑制 rRNA 转录，诱发核仁应激、p53 激活 → 肿瘤血管正常化，抑制肿瘤生长与转移

研究背景

肿瘤血管结构紊乱、内皮细胞过度增殖，造成肿瘤缺氧、化疗耐药。核糖体生物合成在活化内皮细胞中显著上调，但核糖体生成对肿瘤血管的调控机制尚不明确。SPEN（SHARP）是 RNA 结合转录抑制蛋白，已知参与 X 染色体失活、Notch 信号调控，但在内皮细胞及肿瘤血管中的功能未见报道。本研究揭示 SPEN 通过调控 rRNA 基因转录参与血管生成，提出靶向 RNA 聚合酶 I（RNPI）实现肿瘤血管正常化的全新治疗策略。

核心机制通路

1. 生理状态：内皮细胞 SPEN 抑制非编码 RNA-pRNA 的转录，保障 rDNA 的 rRNA 正常转录，维持核糖体生物发生，支持内皮细胞增殖、血管生成。

2. SPEN 缺失：pRNA 表达上调，抑制 RNA 聚合酶 I 介导的 rRNA 转录；核糖体合成受阻，诱发p53 依赖的核仁应激，抑制内皮细胞增殖。

3. 体内表型：内皮特异性敲除Spen，触发肿瘤血管正常化，降低肿瘤增殖、缓解缺氧、抑制远处转移，延长荷瘤小鼠生存期；该表型依赖 p53，p53 单倍体缺失会完全逆转该效果。

关键实验结果

1. 体外细胞实验

· SPEN 敲低 HUVEC 人脐静脉内皮细胞：细胞增殖受阻、细胞周期 G1 阻滞；核仁结构解体变形，出现典型核仁应激表型；p53 蛋白累积、下游 p21、GADD45A 上调。

· pRNA 反义寡核苷酸（ASO）敲低 pRNA，可挽救 rRNA 转录，逆转 SPEN 敲低带来的 p53 激活；证实SPEN-pRNA-rRNA-p53调控轴。

2. 体内生理血管模型（视网膜血管、基质胶栓） 内皮特异性敲除Spen小鼠，视网膜新生血管面积、分支、内皮增殖显著下降，生理血管生成受损。

3. 人临床样本分析 人肺癌、胃癌、乳腺癌临床样本：肿瘤内皮 SPEN 低表达患者总生存期显著更长；肿瘤组织中 SPEN 表达与 pRNA 负相关，与 pre-rRNA 正相关。

4. 荷瘤动物模型（LLC 肺癌、B16-F10 黑色素瘤） 内皮Spen敲除：

· 肿瘤血管周细胞、基底膜覆盖增加，血管渗漏减少、灌注提升，实现肿瘤血管正常化；

· 肿瘤缺氧减轻，肿瘤生长、肺转移被抑制，小鼠生存时间延长；

· 若同时内皮 p53 杂合缺失，血管正常化、抑瘤表型全部消失，证明功能完全依赖 p53 通路。

1. 药物验证：RNPI 抑制剂 CX-5461 CX-5461 抑制 rRNA 转录，可模拟 SPEN 缺失的效果，诱导肿瘤血管正常化；CX-5461 联合顺铂化疗，显著提升化疗抑瘤效果，为肿瘤抗血管治疗提供新靶点。

2. 功能验证载体（瑞禧脂质纳米粒 LNP）

使用西安瑞禧生物的脂质纳米粒 lipid nanoparticles (LNP)，负载 pRNA 过表达质粒（LNP-pRNA），静脉注射荷瘤小鼠；LNP 通过 c (RGDyK) 靶向肿瘤血管内皮 αvβ3 整合素；体内过表达 pRNA 可重现 SPEN 敲除的表型：抑制肿瘤生长、促进肿瘤血管正常化，反向验证 pRNA 是该通路关键分子。

研究意义

1. 首次阐明转录抑制因子 SPEN 在内皮细胞中的功能：SPEN 通过抑制 pRNA 维持 rRNA 转录，调控内皮增殖与血管生成；

2. 揭示核仁应激-p53 通路可以驱动肿瘤血管正常化，区别于传统 VEGF 通路抗血管方案；

3. 证实 RNA 聚合酶 I 抑制剂 CX-5461 可作为肿瘤血管正常化药物，联合化疗提升疗效；

4. 靶向 pRNA 的 cRGD 修饰脂质纳米粒 LNP，为肿瘤血管靶向递送核酸提供工具。

三、实验关键材料：西安瑞禧生物 lipid nanoparticles（LNP 脂质纳米粒）

表格

在本文中的功能

1. 核酸递送载体：用于包载 pRNA 过表达质粒 pcDNA3.1-pRNA；实现质粒体内递送；

2. 肿瘤血管靶向：DSPE-PEG2000-c (RGDyK) 提供靶向配体 cRGD，特异性识别肿瘤血管内皮高表达 αvβ3 整合素，将 pRNA 质粒富集到肿瘤内皮细胞；

3. 体内功能回补验证：静脉注射 LNP-pRNA，在肿瘤内皮升高 pRNA 水平，重现 SPEN 敲除的肿瘤血管正常化表型；反向证明 pRNA 是 SPEN 调控肿瘤血管的核心分子；

4. 包封效率 86%-91%，通过纳米挤出仪制备得到 100nm 级别靶向脂质纳米粒。

拓展应用

该类 cRGD 修饰 LNP 广泛用于肿瘤血管靶向 siRNA、质粒 DNA、mRNA 递送，用于肿瘤微环境、抗血管生成相关体内功能验证。