肝細胞癌（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)點是肝星狀細胞（Hepatic stellate cells，HSCs）的激活。HSCs是肝臟特異性的間充質(zhì)細胞，約占整個肝臟細胞總數(shù)的10%。健康肝臟中HSCs處于靜息狀態(tài)，細胞內(nèi)富含維生素A脂滴；肝臟纖維化時，HSCs轉(zhuǎn)為激活狀態(tài)，細胞大量增殖，表現(xiàn)出α-平滑肌動蛋白（α-SMA）表達上調(diào)和胞外基質(zhì)分泌增加等特點。

細胞外囊泡（Extracellular vesicles，EVs）是由細胞釋放到胞外基質(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，廈門大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院吳喬課題組在 Molecular Cell 發(fā)表論文闡明肝癌細胞通過細胞外囊泡外泌代謝酶PKM2，誘導(dǎo)單核細胞分化成為M2-like巨噬細胞促進肝癌進程。EVs作為細胞間通訊工具在腫瘤細胞和基質(zhì)細胞中進行雙向傳遞，肝癌細胞通過胞外囊泡外泌重塑腫瘤基質(zhì)細胞微環(huán)境加速腫瘤進程，而肝臟纖維化過程中基質(zhì)細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，吳喬課題組在 Nature Metabolism 期刊發(fā)表了題為：HK1 from hepatic stellate cell-derived extracellular vesicles promotes progression of hepatocellular carcinoma 的研究論文。

該研究闡明了肝臟纖維化過程中，TGF-β誘導(dǎo)肝星狀細胞（HSCs）中己糖激酶HK1的棕櫚?；揎?，促進HK1通過細胞外囊泡外泌，而肝癌細胞則劫持纖維化HSCs來源的胞外囊泡HK1來增強自身糖酵解能力從而促進肝癌細胞增殖；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，進而抑制肝癌進程，揭示PDNPA抑制HK1外泌的新功能。

研究團隊分別提取靜息狀態(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。進一步研究發(fā)現(xiàn)，在肝臟纖維化過程中，促纖維化細胞因子TGF-β通過誘導(dǎo)HK1的棕櫚?；龠M其由線粒體轉(zhuǎn)運至細胞質(zhì)膜，通過TSG101依賴的方式被分選進入lEVs（large EVs）進而外泌。HK1棕櫚酰化過程與TGF-β下調(diào)去棕櫚?；窤BHD17B的表達密切相關(guān)。

通過分析臨床肝癌單細胞數(shù)據(jù)及CCLE數(shù)據(jù)庫，研究者發(fā)現(xiàn)肝癌細胞低表達甚至不表達HK1。然而，肝癌細胞通過劫持HSCs外泌的lEV HK1來提高自身的HK1水平，進而提高肝癌細胞內(nèi)糖酵解水平來促進腫瘤增殖。研究者進一步通過系列小鼠模型，包括肝原位移植瘤模型、肝癌細胞肺轉(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促進肝癌進程。

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，研究者進一步發(fā)現(xiàn)Nur77可轉(zhuǎn)錄激活A(yù)BHD17B基因的表達水平，進而抑制HK1的棕櫚?；揎椇屯饷?。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，該研究闡明了一個未見報道的肝纖維化促進肝癌進程的新機制，并篩選到具有潛力的小分子化合物PDNPA，通過阻斷HSCs中HK1外泌抑制肝癌進程。

代謝重編程是腫瘤重要特征之一，腫瘤細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)在肝細胞和肝癌細胞中差異表達。肝癌細胞通常表達葡萄糖高親和力的HK2亞型，被認為是潛在的肝癌治療靶點。而葡萄糖親和力最高的HK1亞型4在肝癌細胞中幾乎不發(fā)生轉(zhuǎn)錄，其功能在肝癌中長期被忽視。該研究發(fā)現(xiàn)肝癌細胞可以劫持HSCs外泌的HK1，這不僅可以加強腫瘤細胞的糖酵解水平，還可以在低葡萄糖濃度條件下保證腫瘤細胞對葡萄糖的利用，以適應(yīng)肝癌發(fā)展進程中腫瘤組織內(nèi)營養(yǎng)不足的情況。盡管HK2被認為是治療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。

惡性增殖的肝癌細胞像古代行軍的隊伍（左）需要大量物資供給。激活的肝星狀細胞像后勤運輸者（右）為肝癌細胞提供物資支援。化合物PDNPA可以阻斷肝星狀細胞向肝癌細胞運送物資進而抑制肝癌進程（右上）。

論文的共同第一作者為博士后陳旗濤、博士生張致遠和黃巧玲，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、廈門大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李光教授的大力支持。

原始出處：

Chen， Qt.， Zhang， Zy.， Huang， Ql. et al. HK1 from hepatic stellate cell–derived extracellular vesicles promotes progression of hepatocellular carcinoma. Nat Metab (2022). https：//doi.org/10.1038/s42255-022-00642-5.