肝细胞癌（HCC）是全球范围内最常见的肝癌类型之一，其发病率和死亡率均居高不下。HCC的发生与多种因素有关，包括病毒感染、代谢紊乱等。近年来，随着肥胖和代谢综合征的流行，代谢性脂肪性肝炎（Metabolic dysfunction-associated steatohepatitis, MASH）被认为是HCC的重要风险因素之一。MASH是一种由代谢紊乱引起的肝脏疾病，其特征是肝脏脂肪堆积、炎症和纤维化。MASH的发生与胰岛素抵抗、肥胖、高脂血症等代谢异常密切相关。在细胞水平上，基因毒性应激和RAS癌基因可以触发肿瘤抑制性的复制性衰老，通过使细胞周期停滞来限制进一步的DNA损伤、端粒缩短和肿瘤发生^[1]。然而，衰老也会加速与年龄相关的病理变化，并通过衰老相关分泌表型（SASP）促进肿瘤发生。尽管分化的肝细胞很少分裂，但它们可以通过营养过剩相关的代谢应激（与胰岛素抵抗和代谢功能障碍相关的脂肪性肝病（MASLD）相关）触发的不明机制进入衰老样状态。晚期MASLD/MASH的特征是肝脏损伤、炎症、纤维化和HCC风险增加^[2,3]。虽然衰老可以抑制肿瘤发生，但MASH与免疫抑制和疾病相关肝细胞（daHep）的积累有关，这些daHep类似于小鼠HCC祖细胞（HcPC）^[4]。这些相互矛盾的结果提出了一个重要问题：MASH如何在增加HCC风险的同时绕过衰老反应，进而促进HCC的发生和发展的？ 

　　近日，来自加州大学圣地亚哥分校的Michael Karin、Li Gu和Yahui Zhu团队在Nature上在线发表题为FBP1 controls liver cancer evolution from senescent MASH hepatocytes的文章，发现了一个以果糖-1,6-二磷酸酶1（FBP1）为中心的独特信号和代谢开关，该开关可以逆转衰老并促进MASH向HCC的进展。研究证实在这个开关样的自动调节网络中，饮食引起的DNA损伤细胞自主地诱导p53和FBP1，以促使肝细胞进入衰老状态；而在代谢应激的HCC祖细胞中，该网络则在NRF2和AKT激活后被逆转。由此揭示了MASH绕过肝细胞的衰老反应，促进HCC发生发展的分子机制，为HCC的预防和治疗提供了新的靶点和策略。 

　　  

　　FBP1是一种关键的糖异生酶，主要负责调控肝脏的糖异生过程，维持血糖水平稳定。它通过抑制糖酵解和促进糖异生，减少乳酸产生，从而在能量代谢中发挥重要作用。FBP1还具有非酶活性功能，能够与AKT和醛缩酶B（ALDOB）结合，并招募蛋白磷酸酶2A催化亚基（PP2AC），抑制AKT的过度激活，从而在抑制HCC的发生和发展中发挥作用。FBP1的缺失会导致低血糖、乳酸酸中毒、肝肿大、脂肪肝、肝损伤和高脂血症等代谢紊乱症状，并与MASLD的发病有关。 

　　本文研究人员通过对83例HCC样本的免疫组化分析发现，FBP1在71%的样本中表达下调，且与ALDOB丢失、AKT激活、MDM2 Ser166位点磷酸化以及p53、p21^CIP1和p16^INK4a下调密切相关，而与HCC的分化程度无关（图1）。临床蛋白质组肿瘤分析联盟（CPTAC）和PXD006512数据库也显示FBP1和ALDOB在HCC中普遍下调，且与较差的生存率相关。研究人员还发现，FBP1在62.8%的HCC中发生启动子甲基化，而其他糖异生基因和TP53未发生类似变化。甲基化组分析和ChIP实验进一步证实了FBP1启动子区域的超甲基化，并通过5-氮胞苷处理逆转，从而增加FBP1 mRNA的表达。计算机分析和实验验证了p53对FBP1表达的调控作用，高脂（HFD）或高果糖（HFrD）饮食可在p53野生型（Trp53^F/F）小鼠中诱导FBP1、p53和p21^CIP1，但在p53突变（Trp 53^ΔHep）小鼠中不诱导。这些结果表明FBP1在HCC中的下调与其启动子甲基化和p53功能丧失密切相关。 

　　随后，研究人员发现，在MASH易感的MUP-uPA小鼠中，HFrD喂养诱导了p53、p21^CIP1、p16^INK4a和FBP1的表达，并抑制了AKT的激活。这些蛋白在饮食开始后的第32周达到高峰，随后下降，而NRF2则相反。到第22周，肝细胞的DNA损伤和DNA损伤反应（DDR）介质显著升高，同时伴有复制叉停滞和衰老相关的β-半乳糖苷酶（SA-β-gal）的增加。而HFrD诱导的早期肿瘤病变可能包含HcPC，其中自噬功能受损，NRF2、CD44和MYC被激活，而p53和FBP1表达下调。而肝细胞中FBP1的缺失会激活NRF2和AKT，下调p53、p21^CIP1和p16^INK4a，改变肝脏形态。同样的，在人类晚期MASH中，FBP1、ALDOB、p53、p21^CIP1、p16^INK4a和DDR上调，而AKT和NRF2活性降低。单细胞RNA测序显示，在代表HCC祖细胞的daHep中，TP53和FBP1表达下调，而在HCC集群中，NRF2转录特征上调。FBP1缺失增加了HcPC的产量，且HcPC比非聚集的肝细胞具有更多的DNA损伤，伴随着DDR和DNMT1上调、AKT和NRF2激活以及FBP1、p53、p21^CIP1和p16^INK4a下调。因此，与正常肝细胞不同，HcPC表现出DNA损伤与p53和FBP1介导的衰老反应之间的解耦。与FBP1的肿瘤抑制功能一致，MUP-uPA Fbp1缺失（Fbp1^ΔHep）小鼠显示出加速的HFrD诱导的HCC。尽管肝细胞衰老被认为会推动MASH和纤维化，但FBP1缺失导致的衰老解除增加了肝纤维化、脂肪肝、肝脏和血清脂质，并抑制了糖原积累和胰岛素抵抗。因此，尽管肝细胞衰老先于MASLD/MASH，但它抑制了纤维化和HCC的进展。 

　　进一步地，为了了解FBP1的缺失是如何导致肝肿瘤发生的，研究人员使用带有Sleeping Beauty转座子的致癌基因NRAS^G12V进行流体动力学尾静脉注射（HTVI），发现NRAS^G12V仅在FBP1基因敲除（Fbp1^ΔHep）的小鼠中才能迅速诱导HCC的发生，且在Fbp1^ΔHep肝脏中激活AKT，同时GSK3β Ser9磷酸化增加，GSK3β底物NRF2和MDM2 Ser166磷酸化也发生积累。而重新引入FBP1或使用AKT抑制剂可抑制NRAS^G12V诱导的HCC发生。这些结果表明FBP1缺失通过激活AKT信号通路促进肿瘤发生。此外，研究人员还发现， FBP1基因敲除的肝细胞对NRAS^G12V转导或依托泊苷处理诱导的衰老不敏感，且ATR抑制剂能阻断高果糖饮食诱导的衰老。FBP1缺失、PTEN抑制或NRF2激活可逆转NRAS^G12V诱导的肝细胞衰老。由此表明与年龄相关的深度衰老相反，应激/DNA损伤诱导的衰老是可逆的。 

　　与此同时，研究人员发现，FBP1的缺失会激活NRF2，这与GSK3β的抑制性磷酸化相关，因为GSK3β的磷酸化可以阻止NRF2的降解。相反，FBP1的过表达会抑制GSK3β的Ser9位点磷酸化，从而降低NRF2的表达。此外，NRF2的激活会加速FBP1的降解，可能是通过诱导ERK激活的生长因子来实现的。FBP1有两个潜在的ERK磷酸化位点，其中Ser271的磷酸化可以促进FBP1与TRIM28的相互作用，进而导致FBP1的泛素化和降解。RNA测序分析结果显示，FBP1基因敲除的小鼠肝脏中，与NRF2相关的代谢和细胞增殖基因上调，而与细胞衰老和p53信号传导相关的基因下调。NRF2和FBP1在转录组水平上相互调控，形成了一种与代谢重编程相关的抗衰老程序。转录组学和蛋白质学特征上均反映出FBP1–NRF2相互作用，表明NRF2激活的代谢和细胞周期基因被FBP1间接抑制。深入研究还发现，NRF2和FBP1在调节突变发生中起着相反的作用，NRF2的激活和FBP1的缺失在小鼠HCC中导致大量体细胞突变，尤其是C>T转换，这些突变与DNA损伤增加和细胞增殖加速有关。而使用mT/mG小鼠进行谱系追踪实验发现DNA损伤和衰老响应的细胞在特定条件下可以重新进入细胞周期并发展成HCC，表明HCC可以起源于能够逆转衰老状态的肝细胞祖细胞。 

　　综上所述，本研究揭示了肿瘤抑制因子FBP1和p53（在MASH中上调，在HCC中丢失）与肿瘤促进因子NRF2（在大多数HCC中激活，但在MASH中下调）之间的亚稳态交叉调控相互作用，解决了长久以来的难题——衰老是如何建立并最终被绕过以促进MASH向HCC进展的，从而不仅丰富了我们对MASH与HCC之间关系的认识，也为HCC的预防和治疗提供了重要的理论基础和实践指导。 

 

　　（来源：BioArt） 

　　参考文献： 

　　[1]Schmitt, C. A., Wang, B. & Demaria, M. Senescence and cancer—role and therapeutic opportunities. Nat. Rev. Clin. Oncol. 19, 619–636 (2022). 

　　[2]Huda, N. et al. Hepatic senescence, the good and the bad. World J. Gastroenterol. 25, 5069–5081 (2019). 

　　[3]Kang, T. W. et al. Senescence surveillance of pre-malignant hepatocytes limits liver cancer development. Nature 479, 547–551 (2011). 

　　[4]He, G. et al. Identification of liver cancer progenitors whose malignant progression depends on autocrine IL-6 signaling. Cell 155, 384–396 (2013). 

  链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39743585/