ADAT2 介导 A-to-I tRNA 修饰调控结直肠癌进展与化疗耐药机制

A-to-I（腺苷-to-肌苷）tRNA修饰是调控蛋白质翻译效率的关键表观转录组修饰，但其在结直肠癌（CRC）中的功能尚不清楚。本研究整合多组学数据（tRNA-seq、RNA-seq、Ribo-seq）与临床队列分析，发现A-to-I修饰及其催化酶ADAT2在CRC肿瘤中特异性富集，ADAT2高表达与患者不良预后及化疗耐药显著相关，是独立预后因子。机制上，ADAT2通过催化携带AGA（Ser）、AAG（Leu）、ACG（Arg）反密码子的tRNA发生A-to-I修饰，优先促进富含TCC、CTC、CGC密码子的癌基因翻译，其中HDAC7为核心靶标。上调的HDAC7通过去乙酰化作用增强β-catenin活化与核转位，驱动WNT/β-catenin信号通路及其下游干性基因表达，从而维持肿瘤干细胞特性并诱导化疗抵抗。体内实验证实，肠道特异性敲除ADAT2或使用纳米颗粒递送ADAT2-siRNA可显著解除促癌信号、恢复化疗敏感性，与5-FU/奥沙利铂联合治疗使肿瘤负荷降低超90%，为CRC精准治疗提供了以tRNA修饰酶为靶点的全新联合干预策略。

• 系统描绘CRC中tRNA修饰的全景图谱，找出最显著失调的修饰类型。

• 明确关键修饰酶ADAT2在CRC中的表达、预后价值及生物学功能。

• 深入解析ADAT2通过tRNA修饰重编程翻译过程的分子机制。

• 评估靶向ADAT2能否作为克服化疗耐药的新策略。

  
  

论文采用了“临床关联→细胞/类器官功能→动物模型验证→多组学机制挖掘→靶向治疗干预”的完整逻辑链：

• 临床样本层面：LC-MS及多队列分析证实ADAT2高表达与不良预后相关；

• 细胞/类器官功能方面：CRISPR敲除/过表达验证ADAT2促癌功能，结构域筛选明确脱氨酶活性为必需；

• 动物模型层面：肠道特异性敲除小鼠（AOM/DSS+Apc(Min/+)）验证体内促瘤作用；

• 机制方面：多组学（tRNA-seq/Ribo-seq/RNA-seq）揭示ADAT2偏好性调控特定密码子富集基因的翻译，锁定HDAC7为关键靶标，Co-IP/MS确认HDAC7-β-catenin互作；  

• 治疗干预层面：VNP-siADAT2联合5-FU/奥沙利铂显著增敏化疗。

  
  

1. A-to-I修饰及ADAT2在CRC中显著上调且预后差

在32种tRNA修饰中，肌苷（Inosine）上调最显著；ADAT2是唯一在CRC中显著高表达的A-to-I修饰酶（TCGA，P<0.0001），内部队列中71.3%患者表达上调。生存分析表明，ADAT2高表达是独立不良预后因素，mRNA水平HR=1.76（P=0.037），蛋白水平HR=2.73（P<0.001），后者预测价值更强。

图1 ADAT2在结直肠癌中高表达，其表达水平与较差的生存率相关

2. ADAT2敲除抑制CRC细胞在体外和体内的生长

敲除ADAT2导致CRC细胞增殖抑制、凋亡增加（cleaved-caspase-7/PARP上调）、G1/S期阻滞，并抑制迁移和侵袭。在肠道特异性ADAT2敲除小鼠中，AOM/DSS诱导的肿瘤数量和负荷显著减少；在Apc^(Min/+)小鼠中同样观察到肿瘤抑制，并伴随Ki-67（增殖标志物）下降和TUNEL（凋亡标志物）上升。

图2 ADAT2敲除抑制了体外和体内CRC的生长

3.特异性敲除ADAT2可减轻小鼠结直肠肿瘤发生

ADAT2条件性敲除（cKO）在AOM/DSS和Apc^(Min/+)两种肠癌模型中均显著减少肿瘤数量与负荷（P<0.01~0.001），降低癌变比例（53.8%→9.5%），并抑制增殖、促进凋亡。正常肠上皮发育未受影响，表明ADAT2是CRC体内促癌关键因子。

4. ADAT2过表达促进体外和体内结直肠癌的发生

ADAT2过表达在CRC细胞中显著促进细胞增殖、克隆形成、迁移侵袭及G1-S周期进程，同时抑制细胞凋亡，并诱导间质样表型；体内xenograft实验证实ADAT2过表达显著加速肿瘤生长，伴增殖增强和凋亡减少；患者来源类器官（PDO-828）同样出现生长扩增。表明ADAT2过表达在体外、体内及类器官层面均一致驱动CRC恶性进展。

图4 ADAT2过表达促进体外和体内结直肠癌(CRC)的生长

5. ADAT2脱氨酶结构域对其在促进CRC生长中的功能至关重要

通过结构域聚焦的CRISPR/Cas9筛选发现，靶向ADAT2脱氨酶结构域的sgRNAs（尤其是sgRNA-8）在CRC细胞中被显著负向选择（HCT116中耗竭16倍，LOVO中耗竭20倍，P<0.01）。该区域在物种间高度保守，包含预测的活性位点。进一步构建催化失活的ADAT2点突变体（A72S/E73V）证实，野生型ADAT2可显著促进细胞增殖、克隆形成、迁移侵袭及G1-S周期进程并抑制凋亡，而催化失活突变体完全丧失上述效应。表明ADAT2的A-to-I tRNA脱氨酶活性是其促癌功能的核心决定因素。

图5 ADAT2的脱氨酶结构域对结直肠癌(CRC)的生长至关重要

6.整合的tRNA-seq、RNA-seq和Ribo-seq技术鉴定出HDAC7是ADAT2的靶点

tRNA-seq显示，ADAT2主要催化携带AGA（Ser）、AAG（Leu）和ACG（Arg）反密码子的tRNA的A-to-I修饰。整合多组学发现，ADAT2显著提高了富含TCC、CTC、CGC密码子的基因的翻译效率。在众多候选基因中，HDAC7受ADAT2调控最为显著。ADAT2过表达使HDAC7 mRNA更多富集于多聚核糖体（翻译活跃区），而敲除则相反。

图6 整合性tRNA-seq、RNA-seq和Ribo-seq分析表明，HDAC7是ADAT2的靶点

7. ADAT2 激活 HDAC7-β-catenin 信号通路

Co-IP/MS发现HDAC7与β-catenin直接结合。ADAT2过表达增强了这种结合，并促进β-catenin的活化（去乙酰化）和入核。ADAT2上调下游癌基因Cyclin D1和c-Myc，并通过TOPflash/LEF-1报告基因证实WNT/β-catenin转录活性显著增强。HDAC7敲除能完全逆转ADAT2过表达带来的促增殖效应；反之，回补HDAC7能挽救ADAT2敲除引起的生长缺陷。

图7 ADAT2在结直肠癌中激活HDAC7-β-catenin信号通路

8. 靶向ADAT2可使结肠癌细胞在体外和体内均对化疗产生敏感性

在细胞中，ADAT2敲除显著降低5-FU和奥沙利铂的IC50。在体内，ADAT2肠道敲除+化疗（5-FU+OXA）组合使肿瘤负荷降低超过90%。使用VNP-siADAT2纳米药物联合化疗，同样显著抑制了HCT116皮下移植瘤的生长，且增强了肿瘤凋亡。

图8 靶向ADAT2与化疗在结直肠癌中的治疗协同效应

• 维度创新：首次将“tRNA修饰”而非“mRNA修饰”与CRC的促癌翻译联系起来，开辟了新视角。

• 技术整合创新：首次在CRC中联合tRNA-seq（检测tRNA修饰水平）、RNA-seq（检测mRNA丰度）和Ribo-seq（检测正在翻译的mRNA），从“密码子使用偏好”的角度精准解析了修饰酶如何重编程翻译组。

• 模型创新：构建了肠道特异性ADAT2基因敲除小鼠（ADAT2^(fl/fl)Villin-Cre），在体内原位验证了该基因在AOM/DSS化学诱导模型和Apc^(Min/+)自发瘤模型中的促癌作用。

• 转化创新：设计了病毒样纳米颗粒（VNP）包裹的ADAT2-siRNA，实现了体内靶向递送，并证实其能有效增敏标准化疗（5-FU + 奥沙利铂）。

本研究首次揭示ADAT2是CRC中致癌性翻译的关键调控因子，其通过催化tRNA A-to-I修饰介导密码子使用偏好性的翻译重编程，选择性增强促癌蛋白HDAC7的合成，进而激活HDAC7-β-catenin信号轴，驱动CRC肿瘤发生、进展及化疗耐药；临床数据表明ADAT2高表达是独立的不良预后因素，而体内敲除或纳米靶向抑制ADAT2能显著增敏标准化疗疗效，从而将ADAT2确立为CRC治疗的新型潜在靶点及预后生物标志物，为靶向表观转录组修饰的联合治疗策略提供了坚实的理论依据与临床前证据。

原文链接：https://doi.org/10.1186/s12943-026-02618-5

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ADAT2基因编码tRNA特异性腺苷脱氨酶2，是催化tRNA上A-to-I修饰的关键酶。最新研究表明，ADAT2在结直肠癌中显著上调，通过介导tRNA A-to-I修饰促进致癌性翻译重编程，激活HDAC7-WNT/β-catenin信号轴，驱动肿瘤进展和化疗耐药。ADAT2高表达与患者不良生存显著相关，已被证实为结直肠癌的独立预后因子和潜在治疗靶点。如果您也想针对ADAT2基因展开深入研究，海星生物可为您提供ADAT2基因过表达细胞株，涵盖多种常见细胞系。

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