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脂肪肝疾病发展至肝细胞癌（HCC）的机制一直是现代医学研究中的重要课题。在2025年1月1日发表在Nature期刊上的一篇题为“FBP1 controls liver cancer evolution from senescent MASH hepatocytes”的研究中，来自华西医院和美国加州大学圣地亚哥分校的联合科研团队揭示了一个关键的酶——果糖-1,6-二磷酸酶1（FBP1）在这个过程中所扮演的角色。通过深入分析，这项研究探讨了代谢失衡相关脂肪性肝炎（MASH）中的衰老肝细胞如何在癌变过程中表现出的重要分子信号转变。这篇研究不仅扩展了我们对肝癌发生发展机制的理解，同时也为相关的临床干预手段提供了新的思路。肝细胞癌（HCC）是由分化的肝细胞在病毒或代谢功能障碍相关的脂肪性肝炎（MASH）损伤的肝脏中进行补偿性增殖而起源的。虽然MASH增加了HCC的风险，但它也会触发p53依赖的肝细胞衰老。研究发现，这种衰老与高营养诱导的DNA断裂相平行。然而，肿瘤抑制反应如何被绕过以允许致癌突变并促进HCC的演变，此前尚不清楚。研究团队鉴定出一种葡萄糖生成酶——果糖-1,6-二磷酸酶1（FBP1），其在衰老样MASH肝细胞中被p53靶向上调，但在大多数人类HCC中通过启动子高甲基化和蛋白酶体降解被抑制。FBP1在代谢压力下的癌前疾病相关肝细胞和HCC前体细胞中首先下降，与AKT和NRF2的促肿瘤激活相平行。通过加速FBP1和p53的降解，AKT和NRF2增强了先前衰老的HCC前体细胞的增殖和代谢活性。在肝细胞癌的演变过程中，代谢和信号通路的调控起到了关键作用。研究揭示了一种独特的以FBP1为中心的信号和代谢开关，它能够逆转衰老并促进MASH向HCC的进展。FBP1不仅在葡萄糖生成中发挥作用，还通过抑制AKT活化来抑制HCC的发生。研究发现，在MASH中，FBP1和p53的上调有助于维持肝细胞的衰老状态，从而抑制肿瘤的发生。然而，在HCC前体细胞中，NRF2和AKT的激活导致FBP1和p53的降解，解除对细胞增殖的抑制，从而促进肿瘤的形成和发展。这一机制在小鼠和人类中均得到了验证，提示在能量密集型饮食诱导的DNA损伤下，FBP1和p53的调控失衡是MASH向HCC进展的关键因素。研究发现，FBP1是p53的一个靶点，在MASH诱导的衰老样肝细胞中表达升高，但在大多数人类HCC中通过启动子高甲基化和蛋白酶体降解被抑制。FBP1在代谢压力下的癌前病变相关肝细胞和HCC前体细胞中首先下降，与AKT和NRF2的促肿瘤激活相平行。通过加速FBP1和p53的降解，AKT和NRF2增强了先前衰老的HCC前体细胞的增殖和代谢活性。这种在小鼠和人类中运作的逆转衰老和支持增殖的NRF2–FBP1–AKT–p53代谢开关也增强了MASH到HCC进展所需的DNA损伤诱导的体细胞突变的积累。研究通过免疫组化分析显示，在71%的83个人类HCC中，FBP1下调，并与ALDOB丢失、AKT激活、MDM2 Ser166（AKT位点）磷酸化升高以及p53、p21CIP1和p16INK4a下调强烈相关。FBP1的下调与HCC的分化等级无关，并且在TP53突变的HCC中，FBP1 mRNA水平较低。研究还发现，尽管FBP1的体细胞突变很少见，但在62.8%的HCC中，FBP1经历了启动子甲基化，而其他糖异生基因（如PCK1和G6PC）和TP53则没有。FBP1启动子甲基化通过染色质免疫沉淀和5-氮杂胞苷处理得到证实，后者增加了FBP1 mRNA的表达。这些发现揭示了FBP1在肝癌进展中的关键抑癌作用，并指出其表达的下调与HCC的发生和发展密切相关。
FBP1在HCC中的低表达与患者的生存率差有关，因此FBP1的表达水平可能作为HCC的预后指标。通过检测FBP1的表达水平，可能帮助识别高风险患者。研究揭示了FBP1在抑制HCC中的关键作用，其通过限制AKT的活化和支持p53的稳定性来抑制肿瘤的发生。因此，恢复或模拟FBP1的功能可能成为HCC治疗的新策略。研究揭示了NRF2和AKT的激活如何通过促进FBP1和p53的降解来逆转细胞衰老，进而促进肿瘤发生。这一机制为理解MASH如何增加HCC风险提供了新视角，并可能为开发针对这些分子通路的治疗方法提供基础。考虑到MASH诱导的DNA损伤及其与HCC的关联，开发有效的DNA损伤抑制剂可能有助于预防MASH和HCC的发展。研究结果显示，FBP1的表达水平对HCC的预后有显著影响，其低表达与较差的生存率相关，这提示FBP1可能是HCC预后的一个重要生物标志物。此外，FBP1通过调控AKT和p53等关键分子，阻止了潜在的肿瘤前体细胞的增殖。因此，在临床上，针对FBP1相关通路的治疗可能为HCC患者带来新的治疗选择。
这项研究主要通过一系列小鼠模型和人类肝癌样本分析，探讨FBP1在代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASH）向肝细胞癌（HCC）发展的过程中所扮演的角色。1. 模型构建与使用：
使用多种基因工程小鼠模型，包括FBP1缺失小鼠（Fbp1ΔHep）、MUP-uPA小鼠和特异性激活NRF2的小鼠（Nrf2Act-Hep），来模拟不同的肝脏病理状态。
通过高果糖饮食（HFrD）或西方饮食诱导MASH，并使用化学诱变剂（如DEN）诱导HCC。
2. 基因表达与功能分析：
通过免疫组化（IHC）、免疫印迹（WB）和实时定量PCR（RT-qPCR）分析FBP1、p53、AKT、NRF2等关键蛋白和基因的表达水平及其相互关系。
利用染色质免疫沉淀（ChIP）和甲基化DNA免疫沉淀（MeDIP）探索FBP1的调控机制，特别是FBP1启动子甲基化对其表达的影响。
3. 细胞和分子分析：
通过肝细胞和HCC前体细胞（HcPCs）的分离和培养，研究细胞内代谢和信号通路的变化。
使用RNA测序（RNA-seq）和单细胞RNA测序（snRNA-seq）分析肝细胞的转录组变化，揭示FBP1和NRF2在肝癌进展中的相互作用。
4. 小鼠体内实验：
通过尾静脉注射将癌基因NRASG12V导入小鼠肝脏，观察在不同基因背景下HCC的发生与发展。
利用AAV（腺相关病毒）载体在体内恢复或敲除FBP1，以验证其对肝癌的影响。
5. 临床样本分析：
分析来自人类HCC患者的组织样本，评估FBP1和相关信号分子的表达与HCC预后的关系。
图1：p53依赖性、FBP1下调及其启动子高甲基化在人类肝细胞癌中的表现
Figure 1 旨在研究FBP1在肝细胞癌（HCC）中的表达变化及其与p53的关系，以及FBP1启动子区域的甲基化状态。
a. 通过免疫组化分析83例人类HCC肿瘤组织和相邻非肿瘤组织，结果显示FBP1在肿瘤组织中的染色强度低于非肿瘤组织。此结果表明FBP1在HCC中表达下调。
b. 利用CPTAC-LIHC数据库分析非肿瘤和肿瘤组织中的FBP1相对含量，结果显示肿瘤组织中FBP1的含量显著低于非肿瘤组织。
c. 根据PXD006512-LIHC数据库中FBP1表达水平的最佳表达截断值对患者生存率进行分层分析，结果表明FBP1低表达与较差的生存率相关，统计学显著性通过log-rank检验确定。
d. 分析FBP1启动子和5'区域（染色体9:94633352–94643777）在个体CpG位点的甲基化频率，结果显示HCC中这些位点的甲基化频率高于非肿瘤肝细胞。
e. 在DEN注射9个月后，比较野生型和Trp53ΔHep肿瘤及非肿瘤组织中的Fbp1 mRNA相对表达量，结果显示Trp53ΔHep肿瘤组织中Fbp1 mRNA表达显著降低。
结论：FBP1在人类HCC中表达下调，与其启动子区域的高甲基化和p53依赖性有关，这可能影响患者的生存率。
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图2：DNA损伤诱导的FBP1和p53在MASH中的上调
Figure 2 探讨了DNA损伤对FBP1和p53在MASH（代谢相关脂肪性肝病）中的表达影响。
a. 通过免疫印迹分析对MUP-uPA小鼠肝脏裂解物进行检测，比较了喂食CSD（对照组）和HFrD（实验组）22周后肝脏中FBP1和p53的表达。结果显示，HFrD组小鼠肝脏中FBP1和p53的表达显著上调。
b. 使用彗星实验对分离的肝细胞进行检测，结果显示HFrD组小鼠肝细胞的尾部DNA含量和彗星尾长显著增加，表明DNA损伤程度较高。
c. 通过免疫组化分析对MUP-uPA小鼠肝脏进行检测，结果显示HFrD组小鼠肝细胞中FBP1和p53的染色强度较正常肝细胞显著增强。
d. 在低纤维化和高级纤维化人类MASLD蛋白质组中，FBP1和ALDOB的相对含量进行了比较，结果显示在高级纤维化中FBP1和ALDOB的表达显著上调。
e. 使用彗星实验对肝细胞和HcPCs进行检测，结果显示HFrD组小鼠肝细胞和HcPCs的尾部DNA含量和彗星尾长显著增加，进一步证实了DNA损伤的存在。
f. 使用snRNA-seq分析小鼠肝细胞亚型分布，结果显示在HFrD组中，肝细胞亚型的分布发生了显著变化。
g. 通过免疫印迹分析对22周HFrD组小鼠肝脏裂解物进行检测，结果显示FBP1和p53的表达显著上调。
结论：DNA损伤诱导的FBP1和p53在MASH中显著上调，提示其在MASH病理过程中可能发挥重要作用。
图3：FBP1或p53缺失以及AKT激活促进NRAS^G12V肿瘤发生Figure 3 研究了FBP1或p53的缺失以及AKT激活对NRAS^G12V驱动的肿瘤发生的影响。a. 为了研究FBP1的缺失对肿瘤发生的影响，作者在Fbp1F/F和Fbp1ΔHep小鼠肝脏中进行了NRAS^G12V HTVI实验，分别在12周和16周后测量肿瘤数量和体积。结果显示，Fbp1ΔHep小鼠肝脏中的肿瘤数量和体积均显著增加。 b. 为了评估肿瘤组织的特征，作者在NRAS^G12V HTVI 16周后对肝脏进行了天狼猩红染色和AFP、CD44、MYC的免疫组化分析。结果显示，Fbp1ΔHep小鼠肝脏中天狼猩红阳性区域和相对染色强度显著增加。 c. 为了检测相关蛋白的表达，作者对NRAS^G12V HTVI 16周后的肝脏裂解物进行了免疫印迹分析。结果显示，Fbp1ΔHep小鼠肝脏中相关蛋白的表达发生了变化。 d. 为了研究p53的缺失对肿瘤发生的影响，作者在Trp53F/F和Trp53ΔHep小鼠肝脏中进行了NRAS^G12V HTVI实验，12周后测量肿瘤数量和体积。结果显示，Trp53ΔHep小鼠肝脏中的肿瘤数量和体积显著增加。 e. 为了研究FBP1的功能，作者在Fbp1F/F和Fbp1ΔHep小鼠肝脏中转导了AAV8-Ctrl、AAV8-FBP1和AAV8-FBP1(E98A)，16周后测量肿瘤数量和体积。结果显示，AAV8-FBP1转导显著减少了肿瘤数量和体积，而AAV8-FBP1(E98A)未能产生相同效果。 f. 为了研究AKT激活对肿瘤发生的影响，作者在NRAS^G12V HTVI 16周后对小鼠进行了MK2206处理（100 mg/kg，持续6周），测量肿瘤数量和体积。结果显示，MK2206处理显著减少了肿瘤数量和体积。 g. 为了检测MK2206处理对相关蛋白的影响，作者对f中小鼠肝脏裂解物进行了免疫印迹分析。结果显示，MK2206处理改变了相关蛋白的表达。 h. 为了研究p53激活对肿瘤发生的影响，作者在NRAS^G12V HTVI 16周后对小鼠进行了nutlin-3a处理（25 mg/kg，持续6周），测量肿瘤数量和体积。结果显示，nutlin-3a处理显著减少了肿瘤数量和体积。 结论：FBP1或p53的缺失以及AKT的激活均能促进NRAS^G12V驱动的肿瘤发生，而通过恢复FBP1功能或抑制AKT信号通路可以显著抑制肿瘤的发生和发展。![]()
图4：NRF2诱导的FBP1降解缓解衰老以激发肿瘤形成Figure 4 探讨了NRF2和FBP1之间的相互作用对肝细胞衰老和肿瘤的影响。1. NRF2激活和FBP1降解的关系：实验分析显示，在肝细胞癌（HCC）细胞系中，当抑制FBP1表达时，NRF2的活性和分布发生显著改变。具体来说，NRF2的活性增加，这反过来能够通过降低GSK3β的抑制性磷酸化来抑制FBP1的降解。NRF2的这种激活作用与细胞代谢和增殖活动的上升有关。 2. FBP1对NRF2和AKT信号通路的调控：此外，研究发现FBP1过表达能够抑制NRF2及其突变体NRF2(E79Q)在HCC细胞中的表达，而这种抑制作用可以通过对GSK3的抑制来阻断。NRF2的过度激活导致FBP1的降解加速，进而解除对AKT信号通路的抑制作用，这一途径的激活促进了肿瘤细胞的生长和扩散。 3. NRF2在Fbp1缺失小鼠中的影响：在一项实验中，研究人员使用了带有特定促癌基因突变的Nrf2过表达小鼠，这些小鼠表现出FBP1和p53的下降以及ERK信号通路的激活。由此观察到的HCC样本中，NRF2的激活导致了显著的肝细胞增殖标记的上升，而这种变化与肿瘤发生和发展的标志密切相关。 4. FBP1的降解机制：实验还分析了NRF2诱导的FBP1降解可能是通过一种依赖于ERK磷酸化的途径实现的，证明了NRF2通过诱导特异性生长因子，进而活化ERK通路，从而促进了FBP1的降解。这一机制表明，NRF2的非经典功能可能通过降解FBP1这样的肿瘤抑制因子来解除对细胞增殖和肿瘤发展过程的制约。![]()
Figure 5 探讨了NRF2和FBP1如何逆向调控肝细胞的转录组。1. NRF2和FBP1对基因表达的共同影响：研究显示，超过三分之一在Fbp1缺失小鼠肝脏中上调的差异表达基因是由NRF2诱导的。这些基因主要参与脂肪酸、硫化合物、小分子、核苷、核苷酸、核糖核苷酸和氨基酸代谢，这些代谢过程有助于提高细胞增殖能力。在这一组基因中，传统的氧化应激解毒的NRF2靶标几乎没有出现。 2. 基因表达抑制的相似性：对于在Fbp1缺失小鼠中下调的基因，25%与NRF2激活的小鼠肝脏中的下调基因重叠。这些基因主要与核糖核蛋白生物合成、非编码RNA和mRNA代谢、肌动蛋白丝组织、细胞衰老、p53信号以及凋亡调控相关。 3. NRASG12V对基因表达的影响：研究分析NRASG12V转导对基因表达的影响，发现其作用有限，主要是上调了氧化应激、自噬和细胞周期相关基因，特别是在NRF2激活和Fbp1缺失的小鼠肝脏中。相比之下，在对照小鼠肝脏中，NRASG12V可以诱导衰老相关的p53调控基因，并抑制细胞周期基因的表达。 4. TP53影响的比较：许多受NRF2激活或FBP1缺失影响的基因与TP53缺失小鼠中的基因相重叠，无论是在正常饮食或高脂饮食条件下。这表明NRF2和FBP1对肝脏基因表达的调控上存在一定相似性。 5. 与人类数据的对照：使用人类CPTAC数据库进行分析，发现与上述在小鼠模型中所揭示的类似，NRF2和FBP1对代谢和细胞周期基因的调控相互对立，这种调控与细胞的反衰老程序以及新陈代谢的重编程有关。![]()
图6：突变特征和HCC从DNA损伤和衰老前驱细胞中出现的过程Figure 6 探讨了肝细胞癌（HCC）的突变特征以及由DNA损伤和衰老前驱细胞演变成肿瘤的过程。 1. 突变特征和模式分析：在Figure 6a中，研究人员使用双链测序技术分析了在高果糖饮食（HFrD）和高脂饮食（HFD）诱导的MUP-uPA Fbp1缺失小鼠肝癌中的突变数量和类型。结果表明，平均每个肿瘤中存在约500个单碱基替换和100个小型插入/缺失突变（indel），其中C>T转换尤其显著。这种突变模式与之前识别出的COSMIC突变特征（如SBS1、SBS5、SBS17a/b等）相一致。相比之下，正常组织中的体细胞突变明显更少。 2. NRASG12V诱导HCC中的突变累积：Figure 6b显示，全基因组测序数据显示，在NRASG12V转导的NRF2活化小鼠肝脏和肿瘤中，尽管对照肝脏中几乎没有突变，但NRF2活化的肿瘤中包含1,000到2,000个代谢突变和10到20个小型indel，这与人类肝细胞癌的突变模式相似。 3. 衰老前驱细胞的追踪实验：Figure 6c通过谱系追踪实验展示了衰老前驱细胞的命运。研究人员使用携带红-绿荧光报告基因的mT/mG小鼠，通过转导AAV8矢量表达Cre重组酶，观察CDKN1A基因的转录活动。结果显示，在NRASG12V引导下，染色体损伤触发肝细胞衰老后，若对其施以促进AKT和NRF2通路激活的处理，这些衰老细胞会重新进入细胞周期并转化为肿瘤。此外，绿色荧光信号主要集中在肿瘤区域，这表明衰老细胞是HCC发生的来源。该研究揭示了糖异生酶果糖-1,6-二磷酸酯酶1（FBP1）在肝细胞癌（HCC）进展中的关键作用。研究发现，FBP1是p53的一个靶标，在代谢功能障碍相关性脂肪性肝炎（MASH）的衰老样肝细胞中水平升高，但在大多数人类HCC中由于启动子甲基化和蛋白酶体降解而被抑制。FBP1的减少与AKT和NRF2的促肿瘤激活平行，促进先前衰老的HCC前体细胞的增殖和代谢活动。该研究还揭示了一种在小鼠和人类中运作的NRF2-FBP1-AKT-p53代谢开关，通过逆转衰老和促进增殖，增强了从MASH到HCC进展所需的DNA损伤诱导的体细胞突变积累。
研究表明，MASH增加了肝癌的风险，同时触发肿瘤抑制的肝细胞衰老。通过详细的组织学、蛋白质组学和转录组学分析，研究发现MASH肝细胞高表达FBP1、p53和关键衰老标志物，而与之相对的疾病相关肝细胞（daHeps）、HCC前体细胞（HcPCs）和确立的HCC则表现出FBP1和p53下调。这种下调可能是由于在代谢压力的HCC前体中NRF2激活所致。研究揭示了NRF2通过诱导ERK活化的生长因子触发FBP1的磷酸化依赖性降解，解除AKT活化的抑制，加速p53降解和衰老逆转。这些调节相互作用倾向于促进HcPCs扩增，使DNA损伤诱导的突变得以传播并导致肿瘤发生。研究强调了NRF2和AKT激活或FBP1缺失在肝细胞衰老和肝癌进展中的重要作用，并建议开发有效的DNA损伤抑制剂以用于MASH和HCC的预防。![]()
