撰文：肿瘤代谢挖掘工
肿瘤代谢领域系列文献精读002期
期刊Nature Cell Biology
标题
作者M. Celeste Simon李博
M. CelesteSimon
李博
研究亮点
2. 肝脏特异性敲除FBP1导致脂肪变性，并伴随着HSCs活化和衰老，表现出衰老相关的分泌表型；
3. 肝脏特异性敲除FBP1通过释放高迁移率族蛋白B1（HMGB1, 具有促炎作用）促进HSCs活化；
4. 揭示了抗衰老类药物（Bcl-2抑制剂ABT-263）可通过消耗衰老HSCs抑制肝癌进展，为靶向肿瘤微环境中的抗衰老治疗肝癌提供了理论依据；
图1-衰老的HSCs促进肝癌的发生与发展
研究背景
肝癌肝细胞与微环境中的基质细胞之间的交互作用尚待阐明
图4-免疫细胞与肝癌的关系[3]
代谢重编程果糖-1，6-二磷酸酶
研究结果解析
1. 肝癌进展过程中FBP1表达下调
肿瘤细胞在有氧状态下增强葡萄糖的摄取量，并且伴随乳糖的生成增多，这一现象称为Warburg效应有氧糖酵解在肝脏肿瘤发展过程中FBP1的表达量显著下调
2. 肝脏特异性敲除FBP1导致肝脏代谢紊乱
为了探究FBP1在肝脏中的功能，研究人员构建了在肝脏中条件性敲除FBP1的小鼠。分别通过丙酮酸耐受检测和葡萄糖耐受检测发现，肝脏中特异性敲除FBP1（AAV8–TBG–Cre）后小鼠的糖异生作用被阻断，然而其对葡萄糖的敏感性仍保持不变（图6 a, b）。接着，研究人员发现，肝脏中特异性敲除FBP1 24周后，小鼠表现为轻度肝脂肪变性，甘油三酯升高，中性脂质积聚（图6 c）。投射电镜结果显示，敲除FBP1后肝细胞内质网形态异常扩张，与线粒体外膜相连，呈现出内质网应激特征（图6 d, e）。RNA-Seq及基因富集（GSEA）分析均显示，肝脏特异性敲除FBP1后，内质网应激、糖酵解、氧化磷酸化、炎症相关和脂质代谢相关基因表达均上调（图6 f, g）。以上结果表明，肝脏中特异性敲除FBP1后导致脂质代谢紊乱与内质网应激
图6-肝脏特异性敲除FBP1导致肝脏代谢紊乱
3. 敲除FBP1促进小鼠肝癌的发展
用DEN诱导肝脏特异性敲除FBP1的小鼠24周后，发现敲除FBP1表现出较明显的肿瘤负荷（图7 a, b），肝/体重比升高（图7 d, e），并伴有较多的脂肪病变和较高的血清谷丙转氨酶（ALT）活性（图7 f）。
此外，在这一阶段敲除FBP1的小鼠的肝脏细胞增殖能力显著增加（图7 g, h），并且肝癌特异基因表达上调（图7 i）。值得注意的是，敲除FBP1小鼠门静脉周围出现纤维化，如胶原沉积（图7 j, k）。正如预期的那样，在DEN诱导36周后，敲除FBP1明显促进了肝癌的发生（图7 l）。此外本文作者运用DEN 诱导p53/Fbp1双敲的小鼠肝癌模型和非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）诱导的肝癌模型均证实了以上表型。
上述三种小鼠肝癌模型均表明，肝脏特异性敲除FBP1促进原发性肝癌的进展
4. 敲除FBP1诱导肝星状细胞衰老及衰老相关分泌表型
越来越多的研究表明肝癌的发生发展与其所处的肝癌微环境有着紧密联系。
肝星状细胞
另外，研究人员还观察到两个衰老标志物p21和FOXO4在肿瘤周围的表达（图8b）。重要的是，SA-β-Gal+细胞与α-SMA（HSCs活化的标志）和IL6（SASP成分）阳性细胞存在定位，并且α-SMA+HSCs中的相当一部分也表达DNA损伤标记物γ-H2AX（图8 c, d），共同为HSCs衰老的存在提供理论依据。以上数据表明，敲除FBP1可诱导HSCs衰老及衰老相关分泌表型
5. 衰老的肝星状细胞促进肝癌发生
为了确定FBP1缺失导致的HSCs衰老是否能够促进肝癌发生，研究人员使用DNA损伤剂etoposide来诱导人HSCs的衰老。与对照细胞相比，经etoposide处理的人HSCs呈现出SA-β-Gal阳性（图9 a, b）、细胞生长停滞（图9 c）和SASP基因的表达（图9 d）。同样的，经etoposide处理的小鼠原代HSCs显著分泌多种SASP蛋白，包括促肿瘤因子IL6和CXCL1（图9 e）。
此外，利用含有衰老的HSCs（SEN-HSCs）分泌蛋白的条件培养基处理人肝癌细胞（PLC/PRF/5），明显促进了肝癌细胞的增殖与克隆性生长（图9 f-h）。更重要的是，在小鼠中，联合注射SEN-HSCs可显著增加肝癌细胞异种移植瘤的生长（图9 i）。综上所述，肝星状细胞衰老分泌物可促进小鼠和人肝癌的进展6. 抗衰老类药物治疗可减缓FBP1缺失导致的肝癌进展。
因此，靶向清除衰老的HSCs可延缓FBP1缺失导致的肝癌进展
7. 高迁移率族蛋白B1促进HSCs的激活和衰老相关分泌表型
为了确定调节缺失FBP1的肝细胞与HSCs之间交互作用的调控因子，研究人员分别收集了DEN诱导24周后的对照组和肝脏特异性敲除FBP1的原代肝细胞的培养基，通过无标记定量法进行蛋白质组学分析。通过对差异蛋白的分析发现，缺失FBP1能够促进高迁移率组蛋白（HMGB1, 一种已知的调节慢性肝损伤和HSCs活化的损伤相关因子）的分泌（图 11a）及其核质易位（图11b）。
通过阻断HMGB1的分泌（ICM处理）可显著减少由FBP1缺失引起的肿瘤大小和数量（图11c）及其显微损伤（图11d）。
此外，ICM处理显著减少了表达SASP成分（图11e, f）及SA-β-Gal+的HSCs的数量（图11g）。此外，ICM治疗确实也显著减轻了肝脏特异缺失FBP1小鼠的肝纤维化，以及纤维化基因表达显著下调和胶原沉积（图11h）。综上所述，HMGB1作为调节缺失FBP1的肝细胞与HSCs之间交互作用的关键调控因子促进肝癌进展
文章总结
本文揭示了糖异生酶FBP1作为抑癌基因通过调控肝脏脂代谢和内质网应激调控肝细胞与HSCs之间的交互作用，进而抑制肝癌发生的功能与机制缺失FBP1导致肝细胞脂代谢紊乱和内质网应激，通过促进HMGB1的分泌，激活HSCs及其衰老，并最终通过衰老HSCs分泌的SASP促进肝癌的进展
为肝癌发生过程中肝脏代谢变化，免疫细胞组成及基质细胞HSCs之间的交互作用提供了一个新的研究方向。抗衰老类药物可能是治疗癌症的一种适用性策略合理地靶向肿瘤细胞或基质细胞的衰老是潜在的治疗肝癌的策略，抗衰老类药物的联用在肝癌的临床治疗中具有巨大的潜力
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41556-020-0511-2
参考文献：
3. Ringelhan, M., Pfister, D., O’Connor, T., Pikarsky, E. & Heikenwalder, M. The immunology of hepatocellular carcinoma. Nat. Immunol. 19, 222–232 (2018).
