一文了解结直肠癌研究常用细胞系模型

一文了解结直肠癌研究常用细胞系模型

结直肠癌（CRC）是我国常见恶性肿瘤之一，结肠镜筛查有助于早期发现CRC，但超过25%的患者确诊时已存在转移。癌症转移是CRC患者死亡的主要原因，5年总生存率不到20%。CRC是一组异质性肿瘤，可根据其分子特征进行细分，并采取不同的治疗方法。例如，微卫星不稳定 (MSI) 与微卫星稳定（MSS），转移性CRC的分子图谱分析（包括 KRAS、NRAS、BRAF、PIK3CA 等基因突变分析）对于确定预后和预测性生物标志物以及深入了解肿瘤的生物学驱动因素越来越重要。目前，临床试验正在选择特定的肿瘤特征，并用新的药物和组合靶向这些肿瘤[1]。细胞系体外模型广泛用于药物敏感性测试和确定潜在的治疗化合物，以便对患者进行治疗。本文将介绍几种常见的CRC细胞系，总结了几种CRC细胞系的分子特征[2]，并列举它们在基因编辑领域中的应用案例。

图1 不同CRC细胞系的分子特征

（货号: YC-C004）

来源及特点：HCT 116是1979年由M.Brattain等人从罹患结肠癌的男性病人中分离建系的3株细胞的一株。HCT 116在半固体琼脂糖培养基中形成克隆，在无胸腺的裸鼠中成瘤，形成上皮样的肿瘤。该细胞活跃的细胞增殖，克隆形成能力强和耐药性，且具有侵袭性和转移能力，广泛用于结肠癌发病机制、药物筛选和治疗及相关信号通路的研究。

应用案例：HCT 116还是一种稳定的二倍体人类细胞系，常作为工具细胞使用，非常适合大规模基因筛选。在SARS-CoV-2的基因组RNA翻译过程中，宿主核糖体会在一个保守的结构元件上发生程序性核糖体框架转换（PRF），PRF对冠状病毒的复制至关重要，但调控这一过程的宿主因子尚未确定。为了寻找SARS-CoV-2 PRF的调控因子，研究人员利用HCT 116细胞建立了表达PRF-1和PRF0的克隆报告基因系，在全基因组范围内进行CRISPR-Cas9基因敲除筛选，筛选结果表明，核糖体再循环因子的缺失会显著降低PRF效率，并损害SARS-CoV-2病毒的复制。研究揭示了支持SARS-CoV-2高效翻译和复制的宿主因素[4]。

图2 全基因组CRISPR-Cas9敲除筛选鉴定SARS-CoV-2 PRF的调节因子

来源及特点：人结直肠腺癌上皮细胞DLD-1细胞是1977-1979年间D.L.Dexter和同事分离的两株结直肠腺癌细胞株中的一株。该细胞能在裸鼠体内成瘤，被广泛用于肿瘤研究。

应用案例：由于各种Wnt信号抑制剂缺乏疗效或安全问题，临床成功率有限，促使人们在Wnt信号通路中寻找新的靶点。研究人员发现OBD9具有广泛的抗癌活性，尤其是作为口服活性药物对结直肠癌细胞具有很强的活性。为了确定其作用机制，研究人员利用HCT116细胞和DLD-1细胞，药物处理发现OBD9具有细胞活力抑制活性，与强效TNIK激酶抑制剂NCB846相似。为了研究OBD9对细胞活力的抑制作用是否可能继发于TNIK抑制，研究人员构建了TNIK诱导敲除细胞（HCT116 iCas9–sgTNIK和DLD-1 iCas9-sgTNIK ），并观察到TNIK被诱导敲除后细胞活力下降。同时使用了HCT 116异种移植模型，在体内进一步证实了OBD9抑制结肠癌细胞生长。结果表明，这种抑制作用部分是由于结直肠癌癌症细胞自噬机制促进TNIK降解，这是一种新的抗肿瘤方法[3]。

图3 OBD9体外抑制结肠癌细胞生长

（货号:YC-D003）
来源及特点： 人结直肠腺癌细胞Caco-2 [Caco2]分离自一名罹患结直肠癌的72岁白人男性原位癌（II级）。该细胞系是一种适宜的转染宿主，在肿瘤和毒理学研究中具有应用价值。当该细胞长满时，可表现出肠上皮细胞分化的特征。

应用案例：长非编码RNA（lncRNA）已被证明参与多种生物过程并赋予耐药性。然而，lncRNAs是否参与了西妥昔单抗在结直肠癌细胞中的耐药性作用仍不清楚。

为此，研究人员使用Caco-2建立了西妥昔单抗耐药细胞（Caco-2 CR），发现lncRNA CRART16在Caco-2 CR细胞中上调，并用慢病毒感染法构建了Caco-2-CRART16过表达稳转细胞。CRART16的过表达逆转了西妥昔单抗对细胞活力的影响，并减少了西妥昔单抗诱导的细胞凋亡。同时，CRART16的过表达会导致CD44+/CD133+细胞比例的增加。此外，CRART16还是miR-371a-5p的竞争性内源性RNA（ceRNA），可调控ERBB3的表达。MiR-371a-5p模拟物抵消了CRART16过表达诱导的西妥昔单抗抗性。KEGG分析显示，CRART16过表达后，产生的差异表达mRNA主要富集在MAPK信号通路中[5]。

图4 CRART16通过下调miR-371a-5p的表达来促进西妥昔单抗耐药

（货号: YC-C137）

来源及特点： LoVo细胞是从一名诊断为结肠腺癌的56岁男性白人的左锁骨上区（已转移）的肿瘤结节中分离建系，可用于癌症、毒理学和免疫肿瘤学研究，并能在裸鼠中能成瘤。

应用案例：

PRL-3在肿瘤转移中起着致病作用，但其潜在机制尚不十分清楚。最初，人们发现PRL-3在结直肠癌肝转移灶中上调，但在正常结直肠上皮、腺瘤和原发病灶中表达较低或不表达，基于之前研究中观察到PRL-3能降低HEK293细胞中整合素β1（integrin β1）的酪氨酸磷酸化并增强ERK1/2的活化的现象。研究人员探讨了PRL-3与integrin β1信号转导的关联及其在结肠癌细胞LoVo的运动、侵袭和转移中的功能意义。通过构建稳定表达PRL-3的LoVo（LoVo-P）细胞，验证了ERK1/2磷酸化的增强。并在体外瞬时转导integrin β1 siRNA发现integrin β1是PRL-3诱导的体外细胞运动和侵袭所必需的，并进一步构建了shRNA-integrin β1和shRNA-PRL-3的干扰细胞株，研究了integrin β1对PRL-3介导的裸鼠BALB/c转移的需求，发现integrin β1不仅能抑制PRL-3诱导的ERK1/2磷酸化，还能减弱PRL-3介导的裸鼠运动、侵袭和肺转移。在integrin β1通路的下游，ERK1/2磷酸化和MMP2活性被发现是PRL-3介导的细胞侵袭的原因。总之，研究表明，integrin β1-ERK1/2-MMP2信号在PRL-3促进结肠癌细胞的运动、侵袭和转移中起着关键作用[6]。

图5 integrin β1或PRL-3的耗竭消除了PRL-3在体内促进的转移

以上几种常用的结直肠癌细胞模型，因其独特的分子特征和生物学行为，在CRC的研究中发挥着不可或缺的作用。通过这些细胞系，研究人员能够模拟CRC的病理过程，测试药物敏感性等，这不仅加深了我们对CRC的理解，也为开发新的治疗策略提供了宝贵的工具。

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参考文献：

[1]Ciombor KK, Wu C, Goldberg RM. Recent therapeutic advances in the treatment of colorectal cancer. Annu Rev Med. 2015;66:83-95. doi: 10.1146/annurev-med-051513-102539.

[2]Berg KCG, Eide PW, Eilertsen IA, Johannessen B, Bruun J, Danielsen SA, Bjørnslett M, Meza-Zepeda LA, Eknæs M, Lind GE, Myklebost O, Skotheim RI, Sveen A, Lothe RA. Multi-omics of 34 colorectal cancer cell lines - a resource for biomedical studies. Mol Cancer. 2017 Jul 6;16(1):116. doi: 10.1186/s12943-017-0691-y. 

[3]Zhou K, Cheong JE, Krishnaji ST, Ghalali A, Fu H, Sui L, Alix-Panabières C, Cayrefourcq L, Bielenberg D, Sun L, Zetter B. Inhibition of Wnt Signaling in Colon Cancer Cells via an Oral Drug that Facilitates TNIK Degradation. Mol Cancer Ther. 2023 Jan 3;22(1):25-36. doi: 10.1158/1535-7163.MCT-21-0801.

[4]Rehfeld F, Eitson JL, Ohlson MB, Chang TC, Schoggins JW, Mendell JT. CRISPR screening reveals a dependency on ribosome recycling for efficient SARS-CoV-2 programmed ribosomal frameshifting and viral replication. Cell Rep. 2023 Feb 28;42(2):112076. doi: 10.1016/j.celrep.2023.112076.

[5]Zhang X, Wen L, Chen S, Zhang J, Ma Y, Hu J, Yue T, Wang J, Zhu J, Bu D, Wang X. The novel long noncoding RNA CRART16 confers cetuximab resistance in colorectal cancer cells by enhancing ERBB3 expression via miR-371a-5p. Cancer Cell Int. 2020 Mar 4;20:68. doi: 10.1186/s12935-020-1155-9.

[6]Peng L, Xing X, Li W, Qu L, Meng L, Lian S, Jiang B, Wu J, Shou C. PRL-3 promotes the motility, invasion, and metastasis of LoVo colon cancer cells through PRL-3-integrin beta1-ERK1/2 and-MMP2 signaling. Mol Cancer. 2009 Nov 24;8:110. doi: 10.1186/1476-4598-8-110.