NRF2和AKT激活或FBP1缺失在肝細(xì)胞衰老和肝癌進(jìn)展中的作用

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本文要和大家分享的是近期發(fā)表在 Nature 的客戶文獻(xiàn): “FBP1 controls liver cancer evolution from senescent MASH hepatocytes”  (FBP1 控制衰老的 MASH 肝細(xì)胞的肝癌進(jìn)化)^[1]。
該文獻(xiàn)使用了 Etoposide (HY-13629)、5-azacytidine (HY-10586)、BpV (HOpic) (HY-128693)、NK252 (HY-19734) 進(jìn)行研究，其中 Etoposide、5-azacytidine 常用于誘導(dǎo)細(xì)胞自噬，BpV 是 PTEN 抑制劑，NK-252 是一種有效的的 Nrf2 激活劑。
 

 
該研究揭示了 FBP1 在肝癌 (HCC) 發(fā)生中的作用，發(fā)現(xiàn)其在衰老樣 MASH 肝細(xì)胞中升高，MASH 中 FBP1 和 p53 抑制肝癌進(jìn)展，后兩者下調(diào)則促進(jìn)。FBP1 缺失通過 AKT 激活促進(jìn)肝癌發(fā)生，NRF2 與 FBP1 相互作用影響肝癌相關(guān)過程，包括代謝和細(xì)胞周期基因表達(dá)等。

Section.01
背景介紹

Nature 子刊 Gastroenterology & Hepatology 發(fā)表的一篇綜述指出：非酒精性脂肪性肝病 (NAFLD) 全球患病率為 20%~25%。而我國上海、北京等地區(qū)的流行病學(xué)調(diào)查顯示，10 年間，普通成人 B 超診斷的非酒精性脂肪肝患病率從 15% 增加到 31% 以上，也就是說，每三個(gè)人中就有一個(gè)是脂肪肝。NAFLD 影響了全球多達(dá)三分之一的人口，且已成為肝硬化、肝衰竭和肝癌發(fā)病率快速增長的主要原因^[1][2]。

代謝功能障礙相關(guān)脂肪性肝炎 (MASH) 是脂肪性肝病常見的炎癥并發(fā)癥，盡管 MASH 能夠觸發(fā)肝細(xì)胞衰老死亡，但這種狀態(tài)卻同時(shí)增加了 HCC 的風(fēng)險(xiǎn)。MASH 是如何在增加肝細(xì)胞癌風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)又抑制肝細(xì)胞癌的發(fā)生？

Section.02
研究方法與發(fā)現(xiàn)

人類 HCC 中的 p53 和 FBP1 表達(dá)下降

研究人員發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)BP1 (果糖-1,6-二磷酸酶 1) 在調(diào)控肝細(xì)胞衰老和 HCC 發(fā)展中扮演著至關(guān)重要的角色。正常情況下，F(xiàn)BP1 有助于失活促癌酶 AKT，并維持 TP53 (一種重要的腫瘤抑制蛋白) 的水平。當(dāng) FBP1 表達(dá)減少時(shí)，AKT 被激活，加速了 TP53 的降解，并穩(wěn)定了促癌轉(zhuǎn)錄因子 NRF2，從而促進(jìn)了癌癥的發(fā)展 (圖 1)。

盡管肝細(xì)胞衰老被認(rèn)為是推動(dòng) MASH 和纖維化的因素，但敲除衰老細(xì)胞中的 FBP1 會增加肝纖維化、肝脂肪變性、肝臟和血脂，并抑制糖原積累和胰島素抵抗。肝細(xì)胞衰老先于 MASLD/MASH，但它抑制了纖維化和 HCC 的進(jìn)展，Trp53^ΔHep 小鼠脂肪肝炎的升高也表明了這一點(diǎn)。DNA 損傷誘導(dǎo)的 FBP1 和 p53 在 MASH 中顯著上調(diào)，提示其在 MASH 病理過程中可能發(fā)揮重要作用 (圖 2)。

圖 2. DNA 損傷誘導(dǎo)的 FBP1 和 p53 在 MASH 中的上調(diào)。
喂食易感 MASH 的 MUP-uPA 小鼠高果糖飲食 (HFrD)，而非等熱量的玉米淀粉飲食 (CSD)，誘導(dǎo)了 p53、p21^CIP1、p16^INK4a 和 FBP1 的表達(dá)，并抑制了 AKT 激活 (圖 2a)。肝細(xì)胞 DNA 損傷及其 DNA 損傷反應(yīng) (DDR) 介質(zhì)升高，同時(shí)觀察到 P-RPA2 和衰老相關(guān)的 β-半乳糖苷酶表達(dá)升高 (圖 2b)。HFrD 飼喂誘導(dǎo)了早期癌前病變，這些病變中聚泛素化蛋白聚集體和自噬伴侶蛋白 p62 的積累提示自噬受損，NRF2 (NQO1)、CD44 和 MYC 被激活，而 p53 和 FBP1 表達(dá)下調(diào) (圖 2c)。晚期人類 MASH 蛋白質(zhì)組和組織的分析證實(shí)了 FBP1、ALDOB、p53、p21^CIP1、p16^INK4a 和 DDR 的上調(diào)，以及 AKT 和 NRF2 活性的降低 (圖 2d)。FBP1 的缺失增加了 HcPC 的數(shù)量，而 HcPC 比未聚集的肝細(xì)胞表現(xiàn)出更多的 DNA 損傷，同時(shí)伴隨著 DDR 和 DNMT1 的上調(diào)、AKT 和 NRF2 的激活，以及 FBP1、p53、p21^CIP1 和 p16^INK4a 的下調(diào) (圖 2e)。單核 RNA 測序表明 FBP1 缺失增加了疾病相關(guān)肝細(xì)胞的數(shù)量，同時(shí)減少了 3 區(qū)肝細(xì)胞 (圖 2f)。WB 結(jié)果表明 FBP1 缺失緩解了 HFrD 誘導(dǎo)的 AKT 抑制，增強(qiáng)了 GSK3β Ser9 和 MDM2 Ser166 的磷酸化、DDR 標(biāo)志物的表達(dá)，并下調(diào)了 p53 和 p21^CIP1 (圖 2g)。

FBP1 的缺失通過 AKT 激活促進(jìn)腫瘤發(fā)生

研究表明 FBP1 或 p53 的缺失以及 AKT 的激活均能促進(jìn) NRAS^G12V 驅(qū)動(dòng)的腫瘤發(fā)生，而通過恢復(fù) FBP1 功能或抑制 AKT 信號通路可以顯著抑制腫瘤的發(fā)生和發(fā)展 (圖 3)。

圖 3. FBP1 或 p53 缺失以及 AKT 激活促進(jìn) NRAS^G12V 腫瘤發(fā)生。
NRAS^G12V 在 Fbp1^F/F 小鼠中幾乎不具腫瘤形成能力，但在 Fbp1^ΔHep 小鼠中，它迅速誘導(dǎo)輕度纖維化的 HCC，這些腫瘤陽性表達(dá) α-胎蛋白 (AFP)、CD44 和 MYC (圖 3a, b)。與 NRF2 激活一致，p53 和 p21 表達(dá)下調(diào) (圖 3c)。肝細(xì)胞 Trp53 缺失同樣支持了快速的 NRAS^G12V 誘導(dǎo)的 HCC，同時(shí)下調(diào) FBP1 并增強(qiáng) AKT 和 NRF2 的激活 (圖 3d)。在 Fbp1^F/F 和 Fbp1^ΔHep 小鼠肝臟中轉(zhuǎn)導(dǎo)了 AAV8-Ctrl、AAV8-FBP1 和 AAV8-FBP1(E98A)，兩者均顯著減少了腫瘤數(shù)量和體積 (圖 3e)。AKT 抑制劑 (AKTi) 和 nutlin-3a 也阻止了 NRAS^G12V 誘導(dǎo)的 HCC，nutlin-3a 不影響 AKT 或 NRF2，而 AKTi 阻斷了 NRF2 的激活、AKT 和 GSK3β 的磷酸化以及 MDM2 的磷酸化，同時(shí)恢復(fù)了 p53 和 p21^CIP1 的表達(dá) (圖 3f–h)。

相互調(diào)控的 NRF2–FBP1 交互作用

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 HCC 細(xì)胞中 FBP1 的敲除激活了 NRF2。相反，F(xiàn)BP1 過表達(dá)抑制了 GSK3βSer9 磷酸化，并降低了 NRF2 WT 和 NRF2 (E79Q) 的表達(dá)。NRF2 的激活導(dǎo)致了顯著的肝細(xì)胞增殖標(biāo)記的上升，而這種變化與腫瘤發(fā)生和發(fā)展的標(biāo)志密切相關(guān)。實(shí)驗(yàn)還分析了 NRF2 誘導(dǎo)的 FBP1 降解可能是通過一種依賴于 ERK 磷酸化的途徑實(shí)現(xiàn)的，證明了 NRF2 通過誘導(dǎo)特異性生長因子，進(jìn)而活化 ERK 通路，從而促進(jìn)了 FBP1 的降解。這一機(jī)制表明，NRF2 可能通過降解 FBP1 這樣的腫瘤抑制因子來解除對細(xì)胞增殖和腫瘤發(fā)展過程的制約 (圖 4)。

圖 4. NRF2 誘導(dǎo)的 FBP1 降解緩解衰老以激發(fā)腫瘤形成。
HCC 細(xì)胞中 FBP1 缺失激活了 NRF2 (圖 4a)。在 Nrf2^Act-Hep 小鼠中特異性表達(dá) NRF2 (E79Q) 會下調(diào) FBP1 和 p53 (圖 4b)。ATG7 缺失通過 p62 積累激活 NRF2 并增強(qiáng) HCC 發(fā)展，這導(dǎo)致了更為顯著的 FBP1 下調(diào) (圖 4c)。HCC 細(xì)胞中表達(dá) NRF2 (E79Q) 加速了 FBP1 的周轉(zhuǎn) (圖 4d)，F(xiàn)BP1 有兩個(gè)潛在的 ERK 磷酸化受體，包括 Ser271，其中用丙氨酸替換可阻止 ERK 誘導(dǎo)的磷酸化及其與 FBP1 相關(guān)的泛素連接酶 TRIM28 的招募 (圖 4e)。ERK2 沉默可阻止 TRIM28 誘導(dǎo)的 FBP1 泛素化，而磷酸模擬突變 S271D 則增強(qiáng)了這一過程 (圖 4f)。FBP1 低表達(dá)的人類 HCC 還顯示出 NRF2、NQO1 和 ERK 磷酸化的上調(diào) (圖 4g)。

NRF2–FBP1 的逆轉(zhuǎn)錄組調(diào)控

RNA-seq 分析顯示，在 Fbp1^ΔHep 與 Fbp1^F/F 小鼠肝臟中上調(diào)的差異表達(dá)基因中，有超過三分之一是 NRF2 誘導(dǎo)的，包括支持細(xì)胞增殖的脂肪酸、硫化合物、小分子、核苷、核苷酸、核糖核苷酸和氨基酸代謝相關(guān)基因。在 FBP1 缺失后下調(diào)的差異表達(dá)基因中，有四分之一與核糖核蛋白生成、非編碼 RNA 和 mRNA 代謝、肌動(dòng)蛋白絲組織、細(xì)胞衰老、p53 信號傳導(dǎo)和凋亡調(diào)控相關(guān)，這些基因也在 Nrf2^Act-Hep 小鼠肝臟中被抑制。在對照肝臟中，NRAS^G12V 誘導(dǎo)了與衰老相關(guān)的 p53 調(diào)控基因，并抑制了細(xì)胞周期基因。人類 CPTAC 數(shù)據(jù)庫顯示了類似的 FBP1 對細(xì)胞衰老和細(xì)胞周期蛋白的影響，證實(shí)了 NRF2 和 FBP1 逆向調(diào)控了一種與代謝重編程相關(guān)的抗衰老程序。

圖 5. NRF2 和 FBP1 逆向影響肝細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組。
Nrf2^Act-Hep 與 Nrf2^Tg/Tg、Fbp1^ΔHep 與 Fbp1^F/F 肝臟重疊上調(diào)基因的基因本體生物學(xué)過程 (GO BP) 富集分析結(jié)果 (圖 5a)。Nrf2^Act-Hep 與 Nrf2^Tg/Tg 和 Fbp1^ΔHep 與 Fbp1^F/F 肝臟重疊下調(diào)基因的基因本體生物學(xué)過程富集分析 (圖 5b)。對照或 NRAS^G12V 流體動(dòng)力學(xué)尾靜脈注射 (HTVI) 1 周后 Nrf2^Tg/Tg 和 Nrf2^Act-Hep 肝臟細(xì)胞衰老 mRNA 的熱圖數(shù)據(jù) (圖 5c，d)。CPTAC-LIHC 數(shù)據(jù)中 FBP1 蛋白的細(xì)胞衰老 (CS) (上) 和細(xì)胞周期 (下) 評分。(圖 5e)。

NRF2 和 FBP1 對突變的相反影響

作者發(fā)現(xiàn) HFD 誘導(dǎo)的 MUP-uPA-HCCs 含有體細(xì)胞突變。HFrD 和 HFD 誘導(dǎo)的 MUP-uPA-Fbp1^ΔHep-HCC 的雙重測序顯示每個(gè)腫瘤平均有 500 個(gè)單堿基替換和 100 個(gè)小插入和缺失 (indel)，突變模式富集了 C>T 轉(zhuǎn)換，特別是在 HFrD 誘導(dǎo)的 HCC 中。NRAS^G12V 轉(zhuǎn)導(dǎo)的 Nrf2^Act-Hep 和 Nrf2^Tg/Tg 肝臟和腫瘤的全基因組測序表明，對照肝臟幾乎不含任何突變，而 NRF2 激活的腫瘤有 1,000-2,000 個(gè)替換和 10-20 個(gè) indels。這與人類肝細(xì)胞癌的突變模式相似。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在 NRAS^G12V 引導(dǎo)下，染色體損傷觸發(fā)肝細(xì)胞衰老后，若對其施以促進(jìn) AKT 和 NRF2 通路激活的處理，這些衰老細(xì)胞會重新進(jìn)入細(xì)胞周期并轉(zhuǎn)化為腫瘤。此外，綠色熒光信號主要集中在腫瘤區(qū)域，這表明衰老細(xì)胞是 HCC 發(fā)生的來源。

圖 6. 突變特征和 HCC 從 DNA 損傷和衰老前驅(qū)細(xì)胞中出現(xiàn)的過程。
基于 hfrd 誘導(dǎo)的 MUP-uPA Fbp1^ΔHep HCC 的三核苷酸的突變頻率特征 (圖 6a)。NRAS^G12V 誘導(dǎo)的 Nrf2^Act-Hep HCC 的突變頻率特征 (圖 6b)。冷凍 mT/mG 肝臟切片 DAPI 染色結(jié)果 (圖 6c)。

Section.03
小結(jié)

MASH 是如何在增加肝細(xì)胞癌風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)又抑制肝細(xì)胞癌的發(fā)生？該研究表明，MASH 增加了肝癌的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)觸發(fā)腫瘤抑制的肝細(xì)胞衰老。通過詳細(xì)的組織學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，研究發(fā)現(xiàn) MASH 肝細(xì)胞高表達(dá) FBP1、p53 和關(guān)鍵衰老標(biāo)志物，而與之相對的疾病相關(guān)肝細(xì)胞 (daHeps)、HCC 前體細(xì)胞 (HcPCs) 和確立的 HCC 則表現(xiàn)出 FBP1 和 p53 下調(diào)。這種下調(diào)可能是由于在代謝壓力的 HCC 前體中 NRF2 激活所致。研究揭示了 NRF2 通過誘導(dǎo) ERK 活化的生長因子觸發(fā) FBP1 的磷酸化依賴性降解，解除 AKT 活化的抑制，加速 p53 降解和衰老逆轉(zhuǎn)。這些調(diào)節(jié)相互作用傾向于促進(jìn) HcPCs 擴(kuò)增，使 DNA 損傷誘導(dǎo)的突變得以傳播并導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。研究強(qiáng)調(diào)了 NRF2 和 AKT 激活或 FBP1 缺失在肝細(xì)胞衰老和肝癌進(jìn)展中的重要作用，并為開發(fā)有效的 DNA 損傷抑制劑以用于 MASH 和 HCC 的預(yù)防提供了理論支持。
 

產(chǎn)品推薦

Etoposide Etoposide (VP-16; VP-16-213) (HY-13629)，是一種常用的抗腫瘤化療劑。Etoposide 抑制拓?fù)洚悩?gòu)酶 II (topoisomerase-II)，誘導(dǎo)細(xì)胞周期停滯，凋亡 (apoptosis) 和自噬 (autophagy)。

5-Azacytidine 5-Azacytidine (Azacitidine; 5-AzaC; Ladakamycin) (HY-10586)，是胞苷核苷類似物，特異型抑制 DNA 甲基化。5-Azacytidine 誘導(dǎo)細(xì)胞自噬 (autophagy)。

BpV (HOpic) BpV (HOpic) (HY-128693)，是一種有效的和選擇性的 PTEN 抑制劑，IC50 值為 14 nM。Nanocarrier-BpV (HOpic) 具有神經(jīng)保護(hù)作用。

NK252 NK-252 (HY-19734)，是一種潛在的 Nrf2 激活劑，具有很好的 Nrf2 活化能力。

[1] Gu, L., Zhu, Y., Nandi, S.P. et al. FBP1 controls liver cancer evolution from senescent MASH hepatocytes. Nature 637, 461–469 (2025). 
[2] Huang DQ, et al. Global epidemiology of NAFLD-related HCC: trends, predictions, risk factors and prevention. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2021 April ; 18(4): 223–238.