肿瘤干细胞（CSCs）是一种静止细胞，具有自我更新能力和多能性，被认为是肿瘤发生、转移、复发的“种子细胞”。CSCs能通过其自我更新和分化为多种细胞亚型的能力产生多种肿瘤，并获得免受大多数传统化疗药物侵害的耐药性。结果便导致这些小亚群持续性细胞形成更具侵袭性和化学耐受性的肿瘤，造成癌症治疗失败和复发。因此，识别和靶向这些相对罕见的癌细胞被认为是对癌症的治疗至关重要的。

在今天要介绍的这项研究中，作者通过单细胞测序鉴定了一种胃癌肿瘤干细胞的新型表面标记物，为胃癌的靶向治疗提供了可能的靶点。

胃癌（GC）是全球死亡数第三的癌症，尽管相关的诊断和治疗策略取得了很多进展，但GC患者的临床和预后效果仍不容乐观。2022年11月14日，济宁医科大学张斌等在Journal of experimental & clinical cancer research : CR（IF=12.658）杂志上发表了题为“AQP5 complements LGR5 to determine the fates of gastric cancer stem cells through regulating ULK1 ubiquitination”的文章。在该研究中，作者检测并对比了胃黏膜组织和胃肿瘤组织的单细胞转录组，并鉴定及表征了一种新型胃癌上皮细胞表面标记物AQP5。作者的研究确定了AQP5通过与E3连接酶TRIM21相互作用并促进关键自噬蛋白ULK1的泛素化来增强胃癌干细胞（GC-CSCs）的自噬，为胃癌的临床治疗提供了新的靶向治疗方案。

基于AQP5和LGR5在GCs中共表达，作者将两者分别单独敲除或者共同敲除来研究两者的关系。有趣的是，将AQP5和LGR5同时敲除后能够显著抑制GCs的成球和迁移，然而两者单独敲除所造成的效果则不明显（图4a-b）。同样，在异种移植模型中，两者共同敲除的GCs的肿瘤形成相比单独敲除的GCs受到了更加明显的抑制作用（图4c-e）。以上结果表明AQP5和LGR5其协同作用以促进GC-CSCs的肿瘤形成。

鉴于泛素化涉及自噬调控的多个方面，作者推测AQP5通过调控关键自噬蛋白的泛素化来促进GC-CSCs的自噬激活。AQP5过表达后，ULK1而不是其他的关键自噬蛋白发生了显著的泛素化，而且是通过63号赖氨酸（K63）被泛素分子修饰来完成的，而AQP5敲除后则趋势相反（图6a-d）。同时，将GC-CSCs的内源性泛素敲除后，由K63介导的ULK1泛素化受到了显著抑制；且K63突变后的泛素化也无法引起由AQP5过表达引起的干性标记物表达上调（图6e-f）。

TRIM21是一种AQP5结合蛋白，并且是一种与泛素化紧密相关的E3泛素连接酶。TRIM21敲除后，AQP5引起的K63介导的ULK1泛素化、GC-CSCs的成球、干性标记物及自噬关键蛋白的表达都受到了抑制（图6g-h）。而AQP5对TRIM21的表达量并无影响，而是促进ULK1和TRIM21的互作（图6h-k）。以上结果表明AQP5通过募集E3泛素连接酶到ULK1中促进K63介导的ULK1泛素化。