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TMEM11通过抑制BNIP3介导的线粒体自噬稳定线粒体功能促进顺铂耐药性，姜黄素靶向抑制TMEM11逆转耐药，为膀胱癌治疗提供新策略。
袁黄|陈晨|苏明强|叶万腾|徐舒|龙匡业|黄云杰|陈海勇|钟张峰|侯琳娜|张金格|谭万龙|李飞
南方医科大学南方医院泌尿科，中国广东省广州市510515
摘要
基于顺铂的化疗是转移性膀胱癌（BCa）的一线治疗方法，但仅有35%的患者对初始治疗有反应，且通常会发展出耐药性。因此，研究能够增强顺铂敏感性的靶点对于克服耐药性至关重要。在本研究中，我们探讨了跨膜蛋白11（TMEM11）在介导BCa顺铂耐药性中的作用。研究采用了单细胞和批量RNA测序技术，以及利用测序技术检测可被转座酶访问的染色质。分析结果显示，TMEM11在顺铂耐药细胞中表达上调，并与线粒体代谢重编程和不良预后相关。空间转录组学和蛋白质组学进一步证实了TMEM11与耐药肿瘤中富集的代谢途径的空间共定位。功能实验表明，TMEM11抑制了BNIP3介导的线粒体自噬和凋亡，从而稳定了线粒体功能，促进了顺铂耐药性。机制上，TMEM11抑制了BNIP3并损害了线粒体自噬过程，导致癌细胞在顺铂压力下存活能力增强。体内实验表明，敲低TMEM11可以减少肿瘤生长并使肿瘤对顺铂治疗更敏感。此外，分子对接和实验验证发现姜黄素是一种高亲和力的TMEM11抑制剂，能够恢复顺铂敏感性。本研究揭示了TMEM11-BNIP3轴作为BCa顺铂耐药性的新驱动因素，并提出了针对TMEM11的药物治疗策略作为克服顺铂耐药性的精确治疗手段。
引言
膀胱癌（BCa）是泌尿系统中最常见的恶性肿瘤之一，约75%的病例被归类为非肌层浸润性膀胱癌（NMIBC），剩余25%为肌层浸润性膀胱癌（MIBC）（1）。不幸的是，大约50%的NMIBC患者在手术后复发并进展为MIBC。尽管采取了积极的干预措施，MIBC患者的五年生存率仅为20%，其中约50%的患者在三年内出现远处转移（2）。
基于顺铂的化疗是转移性BCa患者的一线治疗方法（3），但仅有35%的患者对这种方案初始敏感，大多数患者最终会发展出耐药性。BCa中顺铂耐药性的出现是长期治疗成功的重要障碍。已有多种机制被记录下来，如DNA损伤修复、顺铂外排、药物解毒、对细胞死亡的抵抗、肿瘤鳞状分化以及翻译后修饰驱动的耐药机制（3, 4, 5, 6, 7, 8），但顺铂耐药性的挑战仍未得到解决。这突显了探索BCa中顺铂耐药性的分子机制并确定调控因子和临床转化靶点的必要性。
线粒体自噬是一种选择性的自噬过程，通过清除受损或功能失调的线粒体来维持线粒体质量和细胞稳态。这一过程主要通过两种机制发挥作用：泛素依赖的PINK1/PRKN通路和泛素非依赖的受体介导的通路，后者涉及BNIP3、NIX和FUNDC1等蛋白质（10, 11, 12）。线粒体自噬的失调与化疗耐药性有关。据报道，PRKN通过调节BCL-2在乳腺癌中影响线粒体依赖的凋亡和化疗反应（12）。天然化合物Sanggenol L通过抑制线粒体自噬增强了化疗药物替莫唑胺的敏感性（13）。FoxG1促进了骨肉瘤中的BNIP3介导的线粒体自噬并减弱了顺铂耐药性（14）。METTL3通过增强小细胞肺癌中DCP2 m6A甲基化驱动的PINK1/PRKN依赖的线粒体自噬而赋予化疗耐药性（15）。Song等人开发了一种新型纳米肽载体，通过同时抑制Notch信号通路和线粒体自噬，协同逆转了胃癌的化疗耐药性（16）。这些发现表明，线粒体自噬的受损可能是化疗耐药性的共同机制，代表了有希望的治疗靶点。
跨膜蛋白11（TMEM11）是一种外层线粒体膜蛋白，参与维持线粒体形态，并被认为参与线粒体自噬的调控（17, 18, 19）。研究表明，TMEM11与BNIP3和BNIP3L形成复合物，并在空间上限制BNIP3/BNIP3L依赖的线粒体自噬体的形成，从而有助于线粒体质量控制和网络稳态（19）。TMEM11缺乏会破坏嵴结构，损害线粒体呼吸并增加线粒体活性氧，表明TMEM11驱动的重塑与氧化磷酸化效率之间存在联系（20）。这些观察结果提示需要探索TMEM11依赖的重编程是否与其他线粒体脆弱性相关，包括对线粒体依赖的细胞死亡（如铜死亡）的敏感性，后者需要线粒体呼吸和铜对脂酰化TCA循环蛋白的调控（21）。然而，其在癌症中的作用，特别是在BCa和顺铂耐药性中的作用，仍大部分未被探索。除了机制研究外，药理学探索也至关重要。已有报道表明，天然化合物（包括姜黄素）在临床前模型中增强了化疗敏感性。然而，它们在BCa中的直接分子靶点仍需明确。
基于批量RNA测序（bulk RNA-seq），单细胞RNA测序（scRNA-seq）、CRISPR基因编辑、利用测序检测可被转座酶访问的染色质（ATAC-seq）、空间转录组学和蛋白质组学等新兴领域为识别潜在治疗靶点提供了新的视角。scRNA-seq揭示了顺铂耐药过程中的鳞状分化（6, 22），而CRISPR筛选明确了HNRNPU和MSH2在顺铂耐药性中的作用（4, 5）。蛋白质组学揭示了CAB39通过线粒体自噬在BCa中的耐药机制（23）。ATAC-seq分析揭示了结直肠癌亚型的表观遗传基础和关键转录因子（24）。空间转录组学分析进一步提供了基因表达程序的空间分辨视图。此外，机器学习算法在识别预后和治疗标志物方面表现出有效性（25）。鉴于这些方法的成就，多组学分析有望揭示BCa中顺铂耐药性的新靶点。
聚焦多组学分析，TMEM11被确定为接受顺铂治疗患者的预后和预测标志物，并揭示了其与BNIP3介导的线粒体自噬的机制联系。除了机制见解外，还探讨了药理学干预，发现姜黄素是一种针对TMEM11的化合物。本研究阐明了TMEM11介导的线粒体质量控制和代谢重编程在顺铂耐药性中的作用，并提出了一种潜在的转化策略来克服BCa中的顺铂耐药性。
数据收集与获取
TCGA-BLCA队列的基因表达矩阵和临床信息来自TCGA数据库（
https://portal.gdc.cancer.gov），排除了生存时间少于28天的样本。编译了多个与顺铂相关的多组学数据集（表S1），包括GSE231835（T24和T24R肿瘤细胞的批量RNA-seq）、GSE165767（T24和T24R肿瘤细胞的批量RNA-seq）、GSE179799（T24和T24R肿瘤细胞的全基因组CRISPR筛选）
识别BCa中的顺铂耐药相关基因
从暴露于顺铂的细胞中收集了多组学数据集，包括scRNA-seq、批量RNA-seq、CRISPR筛选和蛋白质组学数据。通过scRNA-seq分析共识别出11个不同的簇（0-10）（图1A）。这些簇被注释为上皮细胞、成纤维细胞、内皮细胞和免疫细胞（图1B）。在上皮细胞组分中，进一步识别出3个亚簇（图1C）。按样本来源分层时，来自顺铂耐药肿瘤的上皮细胞（红色）讨论
作为线粒体外膜蛋白（17, 18），TMEM11在维持线粒体形态和稳定性中起关键作用。先前的研究表明，TMEM11通过与BNIP3的相互作用调节线粒体动态并参与线粒体自噬（19）。此外，TMEM11-METTL1-ATF5-INCA1轴增强了ATF5 mRNA的m7G甲基化，从而抑制心肌细胞增殖和心脏再生（48）。然而，其在BCa和化疗耐药性中的作用尚未明确
结论
总之，本研究确定TMEM11通过抑制BNIP3介导的线粒体自噬和稳定功能失调的线粒体，在BCa中是顺铂耐药性的关键介导因子。此外，姜黄素被验证为一种针对TMEM11的化合物，为其在克服顺铂耐药性中的潜在应用提供了机制依据。为了将这些发现推向临床应用，未来的工作应优先考虑三个关键转化方向：首先，开发可靠的
CRediT作者贡献声明
钟张峰：可视化、软件、研究。侯琳娜：软件、研究。黄云杰：验证、软件、方法学、研究。陈海勇：可视化、方法学、研究。张金格：可视化、软件、资源、正式分析。袁黄：撰写——初稿、验证、方法学、正式分析、数据管理、概念化。谭万龙：验证、监督、资金获取。李飞：监督、资源、项目
伦理声明
本研究使用的数据来自公共数据库。这些数据库中的患者已获得伦理批准。用户可以自由下载相关数据用于研究目的。我们的研究基于开放获取的数据，并符合伦理要求。实验研究得到了南方医科大学伦理委员会的支持。
数据和材料可用性
本研究中的数据集可以在在线存储库中找到。存储库的名称和访问号码可以在文章中找到。写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备本工作时，作者使用了ChatGPT 4.0来改进语言和可读性。使用该工具/服务后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对出版物的内容承担全部责任。资助
本研究得到了国家自然科学基金（82573186（F.L.）（82372867（WL.T.））、广东省自然科学基金（2023A1515010236（F.L.）以及广州特色临床技术（2023P-TS33（WL.T.）的支持。利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。致谢
本研究得到了广东省自然科学基金、国家自然科学基金以及广州特色临床技术的资助。我们感谢提供资金和公共数据的各个机构。
