📄 细胞生物学

TCF4 and CtBP1 Repress LEF1 to Maintain a TCF4-centric Transcriptional Program in Colon Cancer.

在结肠癌中，TCF4 通过 CtBP1 直接抑制 LEF1，从而维持一种干细胞样转录程序，进而阻止 LEF1 驱动免疫相关基因特征，并确保 MYC 和细胞周期基因的表达。

原作者： Brown, M. A., Yaghoubi, S., Kamlah, J., Chen, W.-D., Zong, D., Khorasani, S. T., Zhan, T., Boutros, M., Polo, J. C., Meltzer, P. S.

发布于 2026-09-28

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CC BY 4.0

原作者： Brown, M. A., Yaghoubi, S., Kamlah, J., Chen, W.-D., Zong, D., Khorasani, S. T., Zhan, T., Boutros, M., Polo, J. C., Meltzer, P. S.

原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 ⚕️ 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。阅读完整免责声明

在人体内部，肠道是一个繁忙的更新景观。每天，结肠的内壁都会被新鲜细胞所取代，这一过程由一小群作为新组织来源的干细胞驱动。这些干细胞依赖于一种被称为 WNT 通路的特定化学信号，来了解何时进行分裂以及何时保持静止。这个信号就像一个开关：当它开启时，它告诉细胞生长；当它关闭时，细胞则处于休息状态。在健康的成年人体内，这一系统受到严格控制，确保结肠维持其适当的大小和功能，而不至于过度生长。然而，当这个开关卡在“开启”位置时，就可能导致以不受控制的生长为特征的结肠癌。几十年来，科学家们一直明白这条通路是该疾病的核心，但不同系统部分在癌细胞内如何相互作用的具体机制却一直带有某种神秘色彩。

在一项新的研究中，研究人员致力于理解携带这种生长信号的分子参与者的具体角色。他们专注于一组充当最终信使的蛋白质，这些蛋白质负责读取信号并开启指示细胞分裂的基因。其中一种蛋白质 TCF4 被已知是健康结肠中的主要驱动力。另一种蛋白质 LEF1 在成年肠道中通常处于沉默状态，但在癌症中会变得更加活跃。核心问题很简单：在一个生长信号持续活跃的癌细胞中，这两种蛋白质是如何共存的，它们是协同工作还是相互对抗？研究人员发现，TCF4 不仅仅驱动生长，它还扮演着守门人的角色，通过积极抑制 LEF1 来使细胞行为保持专注。当这个守门人被移除时，细胞的内部程序会发生剧烈转变，揭示了一个可能改变我们对癌症发展认知的隐藏调节层。

为了调查这一点，团队使用了在实验室中培养的结肠癌细胞。他们首先通过沉默产生 TCF4 的基因，有效地关闭了生长信号的主要驱动器。他们原本预期如果没有 TCF4，细胞将仅仅停止生长或表现出异常行为。然而，他们观察到了一个令人惊讶的反应。随着 TCF4 水平的下降，LEF1 的水平急剧上升，增加了近三倍。这表明 TCF4 正在积极抑制 LEF1。为了确认这种 LEF1 的增加不仅仅是一个随机的副作用，研究人员检查了新的 LEF1 蛋白是否具有功能性。他们发现它完全能够开启与 TCF4 相同的生长基因，这意味着细胞是用另一个生长引擎替换了原有的引擎。

随后，团队进行了更深入的研究，以了解 TCF4 是如何保持 LEF1 受到抑制的。他们鉴定出一个名为 CtBP1 的伴侣蛋白，它充当基因活动的抑制因子或沉默因子。他们发现 TCF4 会招募 CtBP1 到 LEF1 基因所在的特定 DNA 位置。它们共同结合到该基因上并将其关闭。当研究人员沉默 CtBP1 时，LEF1 的水平也随之上升，尽管其升幅不如移除 TCF4 时那样显著。这表明 TCF4 和 CtBP1 作为一个团队来保持 LEF1 的安静。研究人员通过绘制这些蛋白质结合到 DNA 上的物理位置，证实了这种直接相互作用，发现它们确实位于 LEF1 基因之上，以阻止其被读取。

研究还揭示了 TCF4 和 LEF1 这两种蛋白质不仅以相同的方式驱动生长，它们还会将细胞引向不同的目的地。当存在 TCF4 时，细胞专注于一个驱动快速细胞分裂并产生一种名为 MYC 的蛋白质（一种众所周知的癌症生长加速器）的程序。然而，当 TCF4 被移除且 LEF1 接管时，细胞的行为发生了变化。被开启的基因从纯粹的细胞分裂转向了一个涉及免疫系统的程序。细胞开始表达与炎症和免疫反应相关的基因，这表明 LEF1 改变了癌细胞的身份，使其对身体的防御机制更加可见，或者改变了其生存环境。

研究人员还测试了导致结肠癌的特定遗传突变（特别是涉及一种名为 APC 的蛋白质的突变）是否负责这种在 TCF4 和 LEF1 之间的切换。他们发现，这些突变的存在或缺失并不决定在沉默 TCF4 时 LEF1 是否会上升。相反，TCF4 与 LEF1 之间的关系似乎是这些细胞运作的基本规则，独立于癌症的初始诱因。在某些细胞系中，LEF1 天然缺失，且沉默 TCF4 并未使其恢复，这表明这种切换的能力取决于细胞特定的历史背景。

最终，这项研究描绘了一幅癌细胞内微妙平衡的图景。TCF4 不仅仅是一个开启生长的开关，它还是一个确保细胞保持特定身份的调节器，通过抑制另一种由 LEF1 驱动的替代程序。通过招募一种沉默蛋白，TCF4 确保细胞始终专注于其所形成的癌症特征性的生长类型。当这种控制丧失时，细胞并不会简单地停止，而是会重新编程自身，激活一套不同的基因，这可能会改变癌症的行为以及它与免疫系统的相互作用。这一发现强调了驱动癌症的蛋白质不仅仅是简单的开/关开关，而是维持特定细胞身份的复杂调节器，而破坏这种身份可能会导致疾病发生意想不到的变化。

技术摘要：TCF4 与 CtBP1 通过抑制 LEF1 来维持结肠癌中的 TCF4 中心转录程序

问题陈述
经典的 WNT 信号通路对于肠干细胞的维持至关重要，并且在结肠癌中处于持续激活状态，这主要是由于 APC 截短导致核内 $\beta$ -catenin 的积累。虽然 TCF4（由 TCF7L2 编码）是正常及癌变结肠组织中主要的 WNT 效应因子，但其他家族成员——特别是 LEF1 和 TCF7——在癌症背景下的作用尚不明确。先前的研究表明，LEF1 和 TCF7 的表达在结肠癌相对于正常组织有所增加，然而控制其表达及其与 TCF4 功能相互作用的机制仍未得到充分探索。具体而言，目前尚不清楚 TCF4 如何调节 LEF1，以及这些因子是如何驱动不同的或重叠的转录程序并影响肿瘤行为的。

方法学
本研究采用了一种多维方法，使用了多种人类结肠癌细胞系（SW480, HCT116, RKO, LoVo, HT29, DLD1, LS174T）以及一种治疗未暴露的单细胞来源直肠癌细胞系（SCDCL）。

表达分析： 分析了来自 GTEx（正常结肠）和 TCGA（结肠癌）的 RNA 测序（RNA-seq）数据，以建立 WNT 转录因子的基线表达模式。
遗传扰动： 作者利用 siRNA 介导的沉默技术对 SW480 细胞中的 TCF7L2 (TCF4)、LEF1、CtBP1 和 CtBP2 进行干扰。此外，使用 CRISPR/Cas9 在 SCDCL 中构建了 TCF7L2 敲除克隆，并在 HCT116 和 RKO 中构建了 APC 截短克隆，以评估稳定性及突变依赖性。
功能实验： 利用双荧光素酶报告基因实验测量 WNT 转录输出。通过蛋白质印迹（Western blotting）和免疫细胞化学法量化核蛋白水平。
基因组图谱绘制： 对 TCF4 和 CtBP1 进行 ChIP-seq，以识别直接结合靶点和基序富集。在沉默 TCF4、LEF1 或 CtBP1 后进行全转录组 RNA-seq，以绘制全局转录变化图谱。
生物信息学： 使用 MSigDB 中的 Hallmark 基因集进行基因集富集分析（GSEA），以解释通路层面的变化。通过 CCLE 数据进行相关性分析。

核心贡献与结果

TCF4 沉默诱导 LEF1 上调：
在 SW480 细胞中沉默 TCF7L2 会导致 LEF1 转录本和核蛋白水平呈剂量依赖性地增加约 3 倍。这种上调在多种细胞系及稳定的 CRISPR 敲除模型中得到了证实。至关重要的是，诱导产生的 LEF1 具有转录活性；同时沉默 TCF7L2 和 LEF1 会消除仅靠沉默 TCF7L2 所观察到的 WNT 报告基因活性增加，这表明 LEF1 对 TCF4 的缺失进行了补偿。
独立于 APC 状态：
在 TCF4 缺失后引起的 LEF1 上调在具有不同 APC 突变状态的细胞系（如 SW480, DLD1, LoVo）中均有观察到，但在 HCT116 或 LS174T 中则不然。然而，在 HCT116 和 RKO 中通过 CRISPR 诱导的 APC C 端的 Catenin 抑制结构域（CID）截断并未改变 LEF1 的基线表达或 TCF4-LEF1 反应，这表明 TCF4-LEF1 调节轴与经典的 APC/ $\beta$ -catenin 降解途径是不同的。
CtBP1 作为 LEF1 的直接抑制因子：
研究确定 C 端结合蛋白 1 (CtBP1) 是 LEF1 的主要抑制因子。沉默 CtBP1（而非 CtBP2）使 LEF1 丰度增加了一倍。ChIP-seq 显示 TCF4 和 CtBP1 在 LEF1 的启动子、内含子和 3' UTR 处存在重叠的结合峰。约 51% 的 CtBP1 特异性启动子靶基因也受 TCF4 结合，这表明 TCF4 是 CtBP1 介导的抑制作用的主要传导渠道。
差异化的转录程序：

TCF4 vs. LEF1： 沉默 TCF4 导致全局基因表达净增加（表明其具有抑制作用），并上调了免疫相关和 EMT 通路，同时下调了 MYC 和 E2F 靶基因。相反，LEF1 沉默导致基因表达净减少（具有激活作用），并特异性下调了免疫相关基因集（如 TNF- $\alpha$ 信号通路、干扰素反应）。
MYC 调节： 虽然两者都能激活 MYC，但 TCF4 是主要的调节因子。MYC 的表达与 TCF7L2 水平密切相关，而非 LEF1。此外，沉默 CtBP1 增加了 MYC 的表达，表明 TCF4-CtBP1 复合物除了抑制 LEF1 之外，还抑制 MYC。

抑制机制：
数据支持这样一种模型：TCF4 通过招募 CtBP1 来直接抑制 LEF1 的转录。在缺乏 TCF4 的情况下，这种抑制被解除，使得 LEF1 积累并驱动一个倾向于免疫特征的独特转录程序。

意义与结论
作者得出结论，TCF4 在结肠癌中具有双重激活器-抑制器功能。它作为细胞周期进展基因（如 MYC, E2F）的激活器，同时通过招募 CtBP1 发挥抑制 LEF1 的作用。这种抑制作用维持了一个以 TCF4 为中心的转录程序。当 TCF4 缺失或 CtBP1 被沉默时，由此产生的 LEF1 上调会将转录景观转向免疫相关基因特征。

本文指出，尽管在结肠癌典型的 $\beta$ -catenin 饱和的细胞核中，这种由 CtBP1 介导的 TCF4 与 LEF1 之间的竞争依然存在。研究结果表明，决定特定的转录输出和潜在肿瘤行为的是 WNT 转录因子的平衡，而不仅仅是 $\beta$ -catenin 的存在。该研究确定了通过 CtBP1 减轻 MYC 表达的机制，并强调了在 TCF4 缺失的情况下，LEF1 是免疫相关基因表达的关键驱动因子。

作者注明的局限性
作者承认，其对既定细胞系的依赖可能无法完全模拟体内肿瘤微环境。此外，他们指出，由于需要通过蛋白质-蛋白质相互作用的交联来捕获间接结合，CtBP1 的 ChIP-seq 数据可能会受到增加的背景噪声的影响，应谨慎解读。

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