肝細(xì)胞癌（HCC）是最常見的肝惡性腫瘤，臨床上超過80%的肝癌是由肝臟纖維化或肝硬化發(fā)展而來，提示肝纖維化可直接促進(jìn)肝癌的發(fā)生發(fā)展。肝纖維化的關(guān)鍵節(jié)點是肝星狀細(xì)胞（Hepatic stellate cells，HSCs）的激活。HSCs是肝臟特異性的間充質(zhì)細(xì)胞，約占整個肝臟細(xì)胞總數(shù)的10%。健康肝臟中HSCs處于靜息狀態(tài)，細(xì)胞內(nèi)富含維生素A脂滴；肝臟纖維化時，HSCs轉(zhuǎn)為激活狀態(tài)，細(xì)胞大量增殖，表現(xiàn)出α-平滑肌動蛋白（α-SMA）表達(dá)上調(diào)和胞外基質(zhì)分泌增加等特點。

胞外囊泡（Extracellular vesicles，EVs）是由細(xì)胞釋放到胞外基質(zhì)中的一種膜性的囊泡結(jié)構(gòu)，包含蛋白質(zhì)、脂類、核酸、代謝物等成分。作為細(xì)胞間重要的通訊工具，EVs廣泛參與生理和病理過程。2020年5月28日，吳喬教授課題組在Molecular Cell發(fā)文闡明肝癌細(xì)胞通過胞外囊泡外泌代謝酶PKM2，誘導(dǎo)單核細(xì)胞分化成為M2-like巨噬細(xì)胞促進(jìn)肝癌進(jìn)程。EVs作為細(xì)胞間通訊工具在腫瘤細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞中進(jìn)行雙向傳遞，肝癌細(xì)胞通過胞外囊泡外泌重塑腫瘤基質(zhì)細(xì)胞微環(huán)境加速腫瘤進(jìn)程，而肝臟纖維化過程中基質(zhì)細(xì)胞是否通過胞外囊泡調(diào)控肝癌發(fā)生發(fā)展目前尚不清楚。

2022年10月3日，吳喬教授課題組在Nature Metabolism在線發(fā)表題為“HK1 from hepatic stellate cell-derived extracellular vesicles promotes progression of hepatocellular carcinoma”的研究論文。研究闡明肝臟纖維化過程中，TGF-β誘導(dǎo)HSCs中己糖激酶HK1的棕櫚?；揎棧龠M(jìn)HK1通過胞外囊泡外泌，而肝癌細(xì)胞則劫持纖維化HSCs來源的胞外囊泡HK1來增強自身糖酵解能力從而促進(jìn)肝癌細(xì)胞增殖；此外，研究發(fā)現(xiàn)小分子化合物PDNPA通過靶向核受體Nur77阻斷TGF-β誘導(dǎo)的HK1外泌，進(jìn)而抑制肝癌進(jìn)程，揭示PDNPA抑制HK1外泌的新功能。

研究者分別提取靜息狀態(tài)和激活狀態(tài)的HSCs胞外囊泡，通過蛋白質(zhì)定量質(zhì)譜分析，尋找囊泡中潛在的促癌蛋白。通過比對分析HSCs激活前后外泌蛋白圖譜的變化，發(fā)現(xiàn)HSCs激活后，代謝通路相關(guān)蛋白己糖激酶HK1是其中變化最明顯的蛋白之一。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在肝臟纖維化過程中，促纖維化細(xì)胞因子TGF-β通過誘導(dǎo)HK1的棕櫚?；龠M(jìn)其由線粒體轉(zhuǎn)運至細(xì)胞質(zhì)膜，通過TSG101依賴的方式被分選進(jìn)入lEVs（large EVs）進(jìn)而外泌。HK1棕櫚?；^程與TGF-β下調(diào)去棕櫚酰化酶ABHD17B的表達(dá)密切相關(guān)。

通過分析臨床肝癌單細(xì)胞數(shù)據(jù)及CCLE數(shù)據(jù)庫，研究者發(fā)現(xiàn)肝癌細(xì)胞低表達(dá)甚至不表達(dá)HK1。然而，肝癌細(xì)胞通過劫持HSCs外泌的lEV HK1來提高自身的HK1水平，進(jìn)而提高肝癌細(xì)胞內(nèi)糖酵解水平來促進(jìn)腫瘤增殖。研究者進(jìn)一步通過系列小鼠模型，包括肝原位移植瘤模型、肝癌細(xì)胞肺轉(zhuǎn)移模型和DEN/CCl₄-或HFD/STZ-誘導(dǎo)的原發(fā)肝癌模型，在小鼠體內(nèi)驗證了HSCs來源的lEV HK1促進(jìn)肝癌進(jìn)程。

(a)激活的HSCs胞外囊泡中HK1外泌變化位于前列。(b)肝癌吸收DiI標(biāo)記的HSCs來源的胞外囊泡。(c)尾靜脈注射lEV HK1促進(jìn)肝癌進(jìn)程。(d)化合物PDNPA靶向Nur77配體結(jié)合域（LBD）形成空間位阻抑制Akt與Nur77的結(jié)合。(e)PDNPA靶向HSCs內(nèi)Nur77抑制肝癌進(jìn)程。

核受體Nur77被報道可以抑制TGF-β誘導(dǎo)的纖維化過程。在該研究中，研究者進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)Nur77可轉(zhuǎn)錄激活A(yù)BHD17B基因的表達(dá)水平，進(jìn)而抑制HK1的棕櫚酰化修飾和外泌。然而，在纖維化過程中，TGF-β誘導(dǎo)HSCs中蛋白激酶Akt磷酸化Nur77導(dǎo)致其降解，從而喪失調(diào)控去棕櫚?；窤BHD17B表達(dá)的能力。基于此，阻斷Nur77和Akt結(jié)合則可能避免Nur77降解，保證Nur77通過ABHD17B抑制HK1外泌。通過篩選，研究者從實驗室構(gòu)建的靶向Nur77化合物庫中發(fā)現(xiàn)小分子化合物PDNPA可以結(jié)合在Nur77配體結(jié)合域，由此形成空間位阻阻斷Akt結(jié)合到Nur77配體結(jié)合域，從而大大提高Nur77表達(dá)水平，抑制纖維化過程中HK1的外泌。在HSCs內(nèi)特異性敲除Nur77的轉(zhuǎn)基因小鼠進(jìn)一步驗證了化合物PDNPA通過靶向Nur77抑制肝癌發(fā)生發(fā)展的新通路。

綜上所述，本文闡明了一個未見報道的肝纖維化促進(jìn)肝癌進(jìn)程的新機制，并篩選到具有潛力的小分子化合物PDNPA，通過阻斷HSCs中HK1外泌抑制肝癌進(jìn)程。

代謝重編程是腫瘤重要特征之一，腫瘤細(xì)胞通過重塑自身代謝以滿足快速增殖的物質(zhì)和能量需求。HKs家族蛋白被發(fā)現(xiàn)在肝細(xì)胞和肝癌細(xì)胞中差異表達(dá)。肝癌細(xì)胞通常表達(dá)葡萄糖高親和力的HK2亞型，被認(rèn)為是潛在的肝癌治療靶點。而葡萄糖親和力最高的HK1亞型在肝癌細(xì)胞中幾乎不發(fā)生轉(zhuǎn)錄，其功能在肝癌中長期被忽視。該研究發(fā)現(xiàn)肝癌細(xì)胞可以劫持HSCs外泌的HK1，這不僅可以加強腫瘤細(xì)胞的糖酵解水平，還可以在低葡萄糖濃度條件下保證腫瘤細(xì)胞對葡萄糖的利用，以適應(yīng)肝癌發(fā)展進(jìn)程中腫瘤組織內(nèi)營養(yǎng)不足的情況。盡管HK2被認(rèn)為是治療HK1^–HK2⁺腫瘤類型的理想靶點，該研究提示聯(lián)合靶向腫瘤自身的HK2和HSCs來源的胞外囊泡HK1將是更為理想的肝癌治療策略。同時，肝星狀細(xì)胞研究領(lǐng)域權(quán)威專家Robert F. Schwabe同期在Nature Metabolism雜志發(fā)表針對本研究的評論性文章（News＆views）“Liver cancer metabolism: a hexokinase from the stars”，指出聯(lián)合靶向HK1和HK2將作為靶向肝癌代謝的新方案。

該論文的共同第一作者為博士后陳旗濤、博士生張致遠(yuǎn)和黃巧玲，陳航姿教授，共同通訊作者為吳喬教授和陳航姿教授。該工作得到了廈門大學(xué)附屬中山醫(yī)院王效民教授和趙文秀副教授、中科院生物與化學(xué)交叉研究中心胡軍浩研究員、學(xué)院李光教授的大力支持。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s42255-022-00642-5

評論性文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s42255-022-00659-w

來源：廈門大學(xué)