CHRDL2在结直肠癌中增强癌症干细胞表型及化疗耐药性研究新进展

结直肠癌(CRC)是全球第三大常见癌症，其发病机制复杂，涉及多种信号通路的异常调控。WNT/β-catenin信号通路在CRC中过度激活，而BMP信号通路则与之相互拮抗，维持肠道稳态。BMP拮抗剂如CHRDL2在多种癌症中表达异常，与不良预后相关。然而，CHRDL2在结直肠癌中的具体作用机制尚不清楚。

2025年5月28日，发表在Molecular Oncology上题为BMP antagonist CHRDL2 enhances the cancer stem-cell phenotype and increases chemotherapy resistance in colorectal cancer的研究通过构建稳定过表达CHRDL2的结直肠癌细胞系和3D类器官模型，探讨了CHRDL2对CRC细胞增殖、迁移、化疗耐药及干细胞特性的影响。研究发现，CHRDL2过表达显著增强了细胞的化疗耐药性，通过激活DNA损伤修复通路，减少了化疗诱导的DNA损伤。此外，CHRDL2还通过抑制BMP信号通路，增强WNT信号通路，促进癌症干细胞表型的形成。这些发现为CHRDL2作为结直肠癌治疗靶点的潜力提供了重要依据。

图示描述

1) 诱导性CHRDL2过表达在结直肠癌细胞系中改变增殖和迁移。研究者通过doxycycline诱导系统在四种结直肠癌细胞系(CACO2、COLO320、LS180和RKO)中过表达CHRDL2，并通过qPCR和Western blot验证了CHRDL2在mRNA和蛋白水平的过表达(图1B、C)。结果显示，CHRDL2过表达显著降低了SMAD1/5的磷酸化水平，证实了其作为BMP拮抗剂的作用(图1D)。在细胞增殖方面，CHRDL2过表达的细胞系显示出增殖能力的降低，这通过MTT实验和Ki67阳性细胞比例的减少得到证实(图1E、F)。此外，克隆形成实验表明，CHRDL2过表达的细胞克隆形成能力减弱(图1G)。然而，与增殖能力的降低相反，CHRDL2过表达显著增强了细胞的迁移能力，这通过Transwell实验得到证实(图1H)。此外，IQGAP1的表达增加，表明CHRDL2可能通过增强细胞的迁移能力来促进癌症的侵袭性(图1I)。最后，研究者通过免疫荧光实验观察到CHRDL2过表达增加了β-catenin在细胞核中的定位，这是WNT信号通路激活的标志(图1J、K)。这些结果表明，CHRDL2通过抑制BMP信号通路和激活WNT信号通路，改变了结直肠癌细胞的生物学行为，增强了其迁移能力和干细胞特性，但降低了增殖能力。

图1展示了CHRDL2在结直肠癌细胞系中的诱导性过表达对细胞增殖、迁移和WNT信号通路的影响。

2) CHRDL2过表达增加对常见结直肠癌化疗药物的耐药性。研究者使用三种常用的化疗药物(5-氟尿嘧啶、伊立替康和奥沙利铂)处理过表达CHRDL2的细胞系，并通过MTS实验评估细胞对化疗药物的敏感性。结果显示，CHRDL2过表达显著增加了所有测试细胞系对化疗药物的耐药性，表现为更高的IC50值(图2A、B)。在化疗药物处理后，CHRDL2过表达的细胞显示出较低的SMAD1/5磷酸化水平，表明BMP信号通路的抑制可能有助于耐药性的增强(图2C)。细胞周期分析表明，CHRDL2过表达的细胞在化疗药物处理后，有更多的细胞停留在G1期，而较少的细胞进入S期，这与未处理的细胞形成对比(图2D)。此外，流式细胞术分析显示，CHRDL2过表达的细胞在化疗药物处理后，早期凋亡的细胞数量减少，表明CHRDL2过表达有助于细胞逃避凋亡(图2E)。研究者还使用条件培养基(含有分泌的CHRDL2)处理非CHRDL2过表达的细胞，发现这种处理同样增加了细胞对化疗药物的耐药性，表现为更高的IC50值(图2F、G)。此外，免疫荧光实验显示，CHRDL2过表达的细胞在低剂量化疗药物处理后，Ki67阳性细胞的比例增加，表明细胞增殖能力增强(图2H)。最后，研究者评估了CHRDL2过表达对辐射耐受性的影响。结果显示，CHRDL2过表达的细胞在4Gy和6Gy辐射处理后，存活率显著增加(图2I)。这些结果表明，CHRDL2过表达通过多种机制增强了结直肠癌细胞对化疗和辐射的耐受性，这可能与BMP信号通路的抑制和WNT信号通路的激活有关。

图2探讨了CHRDL2过表达对结直肠癌细胞耐药性的影响。

3) CHRDL2过表达减少化疗处理期间的DNA损伤并增强DNA修复途径。研究者使用免疫荧光实验检测了化疗药物处理后细胞中的DNA双链断裂(DSB)标志物cH2AX和Ku70。结果显示，CHRDL2过表达的细胞在化疗药物处理后，cH2AX焦点的数量显著减少，表明DNA损伤减少(图3A、B)。此外，Ku70的表达也减少，这进一步证实了DNA损伤的减少(图3C)。研究者还检测了DNA修复相关蛋白ATM和RAD21的表达。结果表明，CHRDL2过表达的细胞在化疗药物处理后，ATM和RAD21的表达显著增加(图3D、E)。这表明CHRDL2过表达可能通过激活DNA修复途径来减少DNA损伤，从而增强细胞的生存能力。为了进一步验证CHRDL2过表达对DNA损伤的影响，研究者进行了彗星实验。结果显示，CHRDL2过表达的细胞在化疗药物处理后，彗星的尾长显著缩短，表明DNA损伤减少(图3F、G)。这些结果表明，CHRDL2过表达不仅减少了化疗药物引起的DNA损伤，还增强了DNA修复途径的活性，从而提高了细胞在化疗处理期间的生存能力。

图3研究了CHRDL2过表达对化疗药物处理期间DNA损伤和修复的影响。

4) 分泌型CHRDL2减少小鼠小肠类器官的分化并增加干细胞标记物。研究者将小鼠小肠类器官暴露于含有CHRDL2的条件培养基中，观察到类器官的形态发生了显著变化。具体来说，CHRDL2处理的类器官显示出减少的分化芽数量和更小、更圆的形态(图4A、B、C)。这表明CHRDL2处理抑制了类器官的分化。此外，CHRDL2处理的类器官显示出增加的干细胞标记物OLFM4的表达(图4D、E)，以及β-catenin在细胞核中的定位增加(图4F)，这表明WNT信号通路的激活。此外，CHRDL2处理的类器官显示出增加的干细胞标记物LGR5、BMI1、SOX9和MSI1的表达(图4G)。最后，CHRDL2处理的类器官在化疗药物5-氟尿嘧啶处理后显示出更高的存活率(图4H、I)。这些结果表明，CHRDL2通过抑制BMP信号通路和激活WNT信号通路，增强了类器官的干细胞特性，并提高了其对化疗药物的耐药性。

图4展示了分泌型CHRDL2对小鼠小肠类器官的影响。

全文总结

本研究通过构建稳定过表达CHRDL2的结直肠癌细胞系和3D类器官模型，发现CHRDL2显著增强了细胞的化疗耐药性，减少了化疗诱导的DNA损伤。CHRDL2通过抑制BMP信号通路，增强WNT信号通路，促进癌症干细胞表型的形成。在细胞实验中，CHRDL2过表达降低了细胞增殖和克隆形成能力，但显著提高了细胞的迁移能力。在3D类器官模型中，CHRDL2处理的类器官表现出减少的分化和增强的干细胞标记物表达。RNA测序分析进一步揭示了CHRDL2通过抑制BMP信号通路，上调干细胞标记物和DNA修复相关基因，增强癌症干细胞特性和化疗耐药性。这些发现为CHRDL2作为结直肠癌治疗靶点提供了重要依据。