《自然·代谢》：肝癌细胞会打劫！厦大团队发现，肝癌细胞能吸收携带糖酵解关键酶的囊泡，加速癌细胞增殖和肝癌进展

肝癌每年会造成约80万人死亡，原发性肝癌主要包括肝细胞癌（HCC），肝内胆管癌（ICC）和HCC-ICC混合型三种。

临床数据表明，大多数HCC病例存在严重的肝纤维化或肝硬化，而纤维化的肝脏会促进促肿瘤微环境的建立[1,2]。因此，以HSCs为靶点的治疗策略越来越有吸引力，然而我们对活化的肝星状细胞（HSCs）促进HCC进展的机制还缺乏了解。

前不久，厦门大学吴乔课题组在Nature Metabolism在线发表一项重要研究成果[3]

他们发现，在肝脏纤维化的过程中，TGF-β会促进HSCs中参与糖酵解的己糖激酶1（HK1）通过细胞外囊泡（EVs）的形式释放到肿瘤微环境中，并被肝癌细胞劫持，使肝癌细胞糖酵解能力增强并促进其增殖，加速了HCC的进展。

更重要的是，他们筛选到一个可以抑制HK1释放和肝癌进展的小分子化合物PDNPA，给HCC的治疗提供了新思路。

论文首页截图

EVs是由细胞释放到胞外基质中的一种包含蛋白质、脂类、核酸、代谢物等成分的膜性囊泡结构，在细胞间通讯中起着至关重要的作用[4,5]。

2020年5月28日，吴乔课题组在Molecular Cell发文，阐明了肝癌细胞通过胞外囊泡分泌代谢酶PKM2，重编程单核细胞的葡萄糖代谢，促进单核细胞向肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）分化，进而导致HCC的恶性进展[6]。

还有研究发现，由肝癌细胞释放的EVs还包含各种致癌microRNAs，这些microRNAs可以将HSCs转化为癌症相关的HSCs（caHSCs），并共同建立一个促转移肿瘤的微环境[7]。因此，研究EVs介导的肝癌细胞与HSCs之间的串扰有望进一步促进临床治疗。

前面我们提到过HSCs的活化是肝纤维化的重要原因，并且已有的多项研究均表明EVs可以介导肝癌细胞与HSCs之间的串扰，已知TGF-β作为最有效的纤维因子，在纤维化肝脏中表达明显增加，从而激活HSCs[8]。

因此，为了研究纤维化过程中的细胞间通讯，吴乔团队模拟肝纤维化过程，用TGF-β激活HSCs，分别从静息状态和激活状态的LX-2细胞系中提取EVs，通过无标记定量蛋白质组学分析，研究胞外囊泡中蛋白质的变化。他们发现，在TGF-β刺激下，参与糖酵解的HK1是EVs中富集最明显的蛋白质之一。

a. 激活的HSCs EVs中HK1外泌变化位于前列

b. LX-2细胞中，TGF-β刺激可显著提高HK1的外泌水平，TGF-β受体抑制剂SB505124可阻断HK1的外泌

HK1是己糖激酶（HKs）家族的成员之一，HKs是糖酵解第一步的催化酶，对葡萄糖的利用至关重要。有研究发现，为了适应代谢重编程，HCC细胞表达高水平的HK2，从而表现出对葡萄糖的高亲和力。然而，HK1在HCC进展中的作用尚不清楚，尽管有研究报道在一些细胞外微囊泡中也发现了HKs[9,10]。因此研究激活的HSCs胞外微囊泡中的HK1是否在HCC进展中发挥作用，以及如何发挥作用显得尤为重要。

吴乔团队首先探究了HK1转移到质膜进行分泌的机制。他们发现，在肝纤维化过程中，TGF-β能抑制HK1的去棕榈酰化，被棕榈酰化修饰的HK1蛋白由线粒体转运至细胞质膜，通过TSG101依赖的方式被分选进入lEVs（large EVs）。

后续研究发现，肝癌细胞低表达甚至不表达HK1，但是能吸收HSCs来源的lEVs，而且lEV中的HK1可以促进HCC细胞的糖酵解。

a. 肝癌细胞吸收了DiI标记的HSCs来源的胞外囊泡

b．摄取HSCs来源的lEV HK1的肝癌细胞系的葡萄糖摄取和细胞外酸化率(ECAR)明显升高

吴乔团队还在肝原位移植瘤模型、肝癌细胞肺转移模型和DEN/CCl4-或HFD/STZ-诱导的原发肝癌等模型，进一步验证了HSCs来源的lEV HK1可以被肝癌细胞劫持，促进肝癌细胞的增殖，并加快肿瘤进展。

以上结果提示，阻断TGF-β诱导的HK1分泌可能是抑制HCC发展的一种有效方法。

已有研究表明，孤核受体Nur77可抑制TGF-β诱导的纤维增生。吴乔团队也发现，Nur77通过增强ABHD17B的启动子活性，导致去棕榈酰化酶ABHD17B的mRNA和蛋白水平升高，从而抑制HK1的棕榈酰化，进而阻止lEV HK1的分泌。

然而，吴乔团队还发现，在TGF-β激活HSCs的过程中，通过蛋白激酶Akt磷酸化Nur77可以导致其降解，抑制ABHD17B的表达，促进lEV HK1的释放。因此，阻断Akt和Nur77相互作用可以减弱TGF-β对Nur77的作用，从而阻止lEV HK1的释放。

吴乔团队一直致力于核受体的相关研究，尤其是以核受体为靶点的抗肿瘤药物和代谢性疾病药物研究。因此通过对其实验室构建的靶向Nur77化合物库的筛选，他们发现小分子化合物PDNPA可以结合在Nur77配体结合域，形成空间位阻，从而阻断Akt结合到Nur77配体结合域，提高了Nur77的表达水平，促进HK1去棕榈酰化，抑制HK1的分泌。

在研究的最后，吴乔团队在小鼠模型中确定了PDNPA在抑制纤维化和肝癌进展中的作用。

a. 化合物PDNPA靶向Nur77配体结合域（LBD）形成空间位阻抑制Akt与Nur77的结合

b．PDNPA特异性靶向HSCs中Nur77抑制肝癌进程

总的来说，吴乔团队阐明了在肝纤维化过程中，HSCs来源的lEV HK1可被肝癌细胞劫持，并通过对肝癌细胞的糖酵解进行代谢重编程，提高肝癌细胞的糖酵解效率，进而促进肝癌细胞的增殖，加快HCC的进程。

HK1从HSCs转移到HCC促进糖酵解和肿瘤生长

这个研究不仅提出了肝纤维化促进肝癌进程的全新机制，而且预示着调节肝癌细胞的肿瘤代谢可能是一种新的治疗策略。

参考文献：

[1] Duran A, Hernandez E D, Reina-Campos M, et al. p62/SQSTM1 by Binding to Vitamin D Receptor Inhibits Hepatic Stellate Cell Activity, Fibrosis, and Liver Cancer[J]. Cancer Cell, 2016, 30(4): 595-609.

[2] Yoshimoto S, Loo T M, Atarashi K, et al. Obesity-induced gut microbial metabolite promotes liver cancer through senescence secretome[J]. Nature, 2013, 499(7456): 97-101.

[3] Chen Q T, Zhang Z Y, Huang Q L, et al. HK1 from hepatic stellate cell-derived extracellular vesicles promotes progression of hepatocellular carcinoma[J]. Nat Metab, 2022, 4(10): 1306-1321.

[4] Cocucci E, Meldolesi J. Ectosomes and exosomes: shedding the confusion between extracellular vesicles[J]. Trends Cell Biol, 2015, 25(6): 364-72.

[5] Hou P P, Chen H Z. Extracellular vesicles in the tumor immune microenvironment[J]. Cancer Lett, 2021, 516: 48-56.

[6] Hou P P, Luo L J, Chen H Z, et al. Ectosomal PKM2 Promotes HCC by Inducing Macrophage Differentiation and Remodeling the Tumor Microenvironment[J]. Mol Cell, 2020, 78(6): 1192-1206 e10.

[7] Li J, Yan Y, Ang L, et al. Extracellular vesicles-derived OncomiRs mediate communication between cancer cells and cancer-associated hepatic stellate cells in hepatocellular carcinoma microenvironment[J]. Carcinogenesis, 2020, 41(2): 223-234.

[8] Liu X, Hu H, Yin J Q. Therapeutic strategies against TGF-beta signaling pathway in hepatic fibrosis[J]. Liver Int, 2006, 26(1): 8-22.

[9] Goran Ronquist K. Extracellular vesicles and energy metabolism[J]. Clin Chim Acta, 2019, 488: 116-121.

[10] Minciacchi V R, You S, Spinelli C, et al. Large oncosomes contain distinct protein cargo and represent a separate functional class of tumor-derived extracellular vesicles[J]. Oncotarget, 2015, 6(13): 11327-41.