Nat Commun丨向波、易梅團隊報道白細胞介素-1β前體蛋白在腫瘤中隱秘的功能

近日，中南大學腫瘤研究所、芙蓉實驗室向波教授聯合中南大學湘雅醫院易梅副研究員在Nature Communications發表題為

A moonlighting function of tumoral interleukin-1β precursor promotes metastasis via RACK1-mediated actin remodeling

腫瘤微環境中的IL-1β主要來源于髓系免疫細胞，腫瘤細胞自身亦可表達并生成IL-1β，通過自分泌或旁分泌方式作用于自身或周圍微環境，促進腫瘤惡性進展。盡管CANTOS試驗的事后分析提示IL-1β單抗Canakinumab或可降低肺癌發生風險【1】，然而后續開展的III期臨床試驗（CANOPY-1與CANOPY-2）卻均未達到主要終點【2-4】。這一結果對阻斷IL-1β在腫瘤治療領域的臨床價值提出了挑戰。IL1B mRNA經翻譯生成前體蛋白Pro-IL-1β。在炎癥信號下經caspase-1在Asp117位點水解，生成17 kDa的成熟IL-1β，后者通過gasdermin蛋白形成的膜孔道分泌至胞外，發揮促炎作用。經典理論認為 IL-1β 僅以分泌方式發揮作用，其前體蛋白 Pro-IL-1β 不具有生物活性（IL-1β is solely active as an extracellular secreted product, while its precursor is inactive）【5】。在本研究中，研究人員發現在頭頸部鱗狀細胞癌（HNSCC）細胞和胰腺鱗狀細胞癌中，Pro-IL-1β蛋白呈組成性高表達，而靜息狀態下釋放至胞外的IL-1β水平極低（<10pg/mL）。進一步通過western blot、免疫組化檢測證實在頭頸部鱗癌組織中Pro-IL-1β蛋白高表達，且其表達水平與轉移風險和不良預后呈正相關。通過表觀遺傳學分析發現，IL1B基因的上游存在超級增強子（Super-Enhancer, SE），其活性由鱗狀細胞癌譜系轉錄因子ΔNp63α維持，而非經典的NF-κB通路。使用BRD4抑制劑JQ1抑制超級增強子功能，或利用CRISPR/dCas9-KRAB系統靶向干擾ΔNp63α與IL1B超級增強子的結合，均可顯著降低IL1B的轉錄和Pro-IL-1β的蛋白水平。這表明，鱗狀細胞癌通過ΔNp63α“劫持”了超級增強子驅動IL1B的轉錄，使Pro-IL-1β蛋白持續高表達。

功能實驗表明，敲低或敲除Pro-IL-1β并不影響腫瘤細胞增殖，但顯著抑制其運動與侵襲；而過表達野生型或不可切割突變型（uncleavable mutant) Pro-IL-1β則增強侵襲能力。回復實驗進一步證實，該促轉移作用不依賴于成熟IL-1β：回補生理濃度IL-1β或過表達IL-1β至約200 pg/mL分泌水平均無法恢復侵襲表型，而回補不可切割突變體則可恢復。動物實驗也驗證了Pro-IL-1β在體內促進轉移的能力不依賴于其切割成熟過程。進一步的研究表明，成熟形式的IL-1β以濃度依賴的方式促進頭頸部鱗狀細胞癌細胞的運動與侵襲能力，且該效應僅在濃度高于500 pg/mL時才顯著顯現。值得注意的是，現有文獻中體外實驗所采用的IL-1β濃度通常處于1–10 ng/mL范圍內，該濃度顯著高于腫瘤細胞在靜息狀態下所產生的IL-1β水平（通常低于10 pg/mL），甚至高于經脂多糖（LPS）刺激后腫瘤細胞所能達到的最大分泌濃度。因此，針對IL-1β阻斷策略的抗腫瘤治療設計，需依據腫瘤微環境中實際存在的IL-1β濃度水平進行分層考量與差異化評估。

掃描電鏡觀察顯示Pro-IL-1β高表達促進腫瘤細胞表面侵襲性偽足形成。細胞骨架染色顯示Pro-IL-1β高表達促進肌動蛋白（F-actin）聚合形成應力纖維（stress fiber），向細胞膜外延伸形成毛刺樣凸起，支撐侵襲性偽足。進一步分析發現，Pro-IL-1β高表達激活了RhoA-ROCK信號通路，從而引起腫瘤細胞骨架重排。然而，Pro-IL-1β并不直接結合RhoA蛋白。利用BioID生物素鄰近標記技術，研究人員篩選并鑒定出RACK1是Pro-IL-1β的相互作用蛋白。Pro-IL-1β通過與RACK1直接結合，阻礙了泛素連接酶UBE2T對RACK1的泛素化修飾，從而抑制了RACK1經蛋白酶體降解途徑，使其蛋白水平顯著升高。該結合依賴于包含Asp117位點的Pro-IL-1β中間區段，成熟IL-1β及N端均不能結合RACK1，表明與RACK1蛋白的結合是前體蛋白特異性的。RACK1激活RhoA及其下游效應分子ROCK，觸發F-actin細胞骨架重排，促進絲狀偽足和侵襲性偽足形成，為癌細胞的“移動”提供了動力。敲降RACK1表達，削弱了Pro-IL-1β過表達腫瘤細胞在體外和體內的侵襲轉移能力。臨床樣本分析也顯示，RACK1的蛋白水平與Pro-IL-1β的表達呈正相關，進一步支持二者在病理條件下的功能性關聯。

通過高通量虛擬篩選和細胞熱位移分析，研究團隊發現天然黃酮醇苷類化合物Quercetin 3-O-(6''-O-malonyl)-β-D-glucoside（Q3MG）能夠直接結合Pro-IL-1β蛋白。Q3MG處理可顯著降低腫瘤細胞內Pro-IL-1β的蛋白水平，但不影響其mRNA，其機制是誘導Pro-IL-1β經溶酶體途徑降解。在功能上，Q3MG能有效抑制Pro-IL-1β高表達鱗癌細胞的侵襲能力，但并不影響鱗癌細胞的生長和存活。在Pro-IL-1β敲除的細胞中，Q3MG的作用喪失，提示其抗轉移作用是通過作用于Pro-IL-1β。在體內動物模型中，Q3MG治療顯著減少了鱗癌模型的肺轉移結節數量，并改善了荷瘤小鼠的整體狀態，且未觀察到明顯毒性。

本研究首次發現，腫瘤細胞自身表達的Pro-IL-1β具有不依賴于其炎癥因子活性的促轉移功能，而成熟IL-1β僅在高濃度條件下才表現出促侵襲轉移作用。該發現為闡釋IL1B基因產物在腫瘤發生與演進中的功能機制提供了新視角，提示抗腫瘤治療策略不應僅限于靶向成熟IL-1β，而應同時重視Pro-IL-1β作為潛在治療靶點的重要性。天然化合物Q3MG作為一款潛在的“分子膠水”誘導Pro-IL-1β降解，從而有效抑制腫瘤轉移。這為開發針對Pro-IL-1β的靶向療法奠定了理論基礎，也為治療目前缺乏有效手段的轉移性HNSCC乃至其他實體瘤帶來了新的希望。目前，Q3MG在抗腫瘤藥物研發中的應用已獲國家發明專利授權。

中南大學腫瘤研究所、芙蓉實驗室向波教授，中南大學湘雅醫院易梅副研究員為論文共同通訊作者，博士生陳泉竹、博士后吳盼為并列第一作者。

向波課題組致力于研究惡性腫瘤侵襲與轉移的分子機制，重點關注腫瘤微環境與免疫逃逸在轉移過程中的關鍵作用，解析驅動腫瘤轉移的關鍵分子事件與靶點，并以此為基礎開發新型靶向治療與精準診療策略。課題組聚焦轉移相關診療靶點，積極開展抗體工程、抗體偶聯藥物（ADC）、核素偶聯藥物（RDC)、CAR-T/CAR-NK等細胞治療以及分子影像檢測等方面的研究，全力推動基礎研究成果向臨床轉化。我們誠摯歡迎具有相關研究背景的青年學者與博士后加入，共同探索腫瘤轉移的生物學機制，開發具有臨床應用前景的創新診療方案。

https://www.nature.com/articles/s41467-025-65220-1

制版人： 十一

參考文獻

1. Ridker PM, MacFadyen JG, Thuren T, et al. Effect of interleukin-1β inhibition with canakinumab on incident lung cancer in patients with atherosclerosis: exploratory results from a randomised, double-blind, placebo-controlled trial. Lancet. 2017 Oct 21;390(10105):1833-1842

2. Paz-Ares L, Goto Y, Lim WDT, et al. 1194MO Canakinumab (CAN) + docetaxel (DTX) for the second- or third-line (2/3L) treatment of advanced non-small cell lung cancer (NSCLC): CANOPY-2 phase III results. Ann Oncol. 2021;32:S953–4.

3. Novartis top-line results for CANOPY-1 Phase III study support further evaluation of canakinumab in lung cancer | Novartis n.d. https://www.novartis.com/news/media-releases/novartis-top-line-results-canopy-1-phase-iii-study-support-further-evaluation-canakinumab-lung-cancer (accessed October 29, 2021).

4. Edward B Garon, Shun Lu, Yasushi Goto, et al. Canakinumab as Adjuvant Therapy in Patients With Completely Resected Non-Small-Cell Lung Cancer: Results From the CANOPY-A Double-Blind, Randomized Clinical Trial. J Clin Oncol. 2024 Jan 10;42(2):180-191.

5. Roberto Sitia, Anna Rubartelli. The unconventional secretion of IL-1β: Handling a dangerous weapon to optimize inflammatory responses. Semin Cell Dev Biol. 2018 Nov:83:12-21.

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