原发性肝癌是世界上最常见和最致命的恶性肿瘤之一，肝细胞癌（HCC）占原发性肝癌的80%以上，是癌症死亡的第三大常见原因。目前肝癌晚期患者的系统性治疗效果非常有限，因此揭示肝癌分子发病机制仍然非常重要。肿瘤细胞需要进行特定的代谢适应，以支持其不断细胞分裂。这些代谢改变被认为是大多数癌症的特征，并且与预后呈负相关。在肝癌中葡萄糖和脂质新生合成等代谢途径的失调与肿瘤起始和进展相关。
2024年，法国国家研究院的Renaud Dentin团队在Nature Communications（IF：14.7）杂志上发表题目为“The transcription factor ChREBP Orchestrates liver carcinogenesis by coordinating the PI3K/AKT signaling and cancer metabolism”的文章。通过GSEA、KM生存分析、CRISPRi等技术发现ChREBP触发PI3K调控亚基p85α的表达，以维持肝癌中促癌PI3K/AKT信号通路的活性。同时，ChREBP活性的增加将葡萄糖和谷氨酰胺代谢通量转变为脂肪酸和核酸合成，以支持PI3K/AKT介导的HCC生长。
01
主要内容
1. ChREBP在人类HCC表达升高且与肿瘤侵袭性相关
该团队为了检测ChREBP在人类肝细胞癌中的表达情况，并评估其与预后之间的相关性，收集和分析了10个公开获得的人类肝癌基因表达数据集，比较肿瘤组织和正常组织中ChREBP的表达，发现LIHC和LICA-FR数据集均显示肿瘤中ChREBP基因的高水平表达。通过基因集富集分析评估ChREBP表达水平与预后良好或预后不良的基因集之间的相关性，发现高ChREBP mRNA水平与HCC肿瘤的预后不良相关。另外发现ChREBP蛋白在大多数肝癌患者样本中升高，且与患者生存期缩短相关（图1）。
作者在小鼠肝脏过表达ChREBP中检测其对肝脏的作用，发现ChREBP过表达导致小鼠肝脏肥大和肝细胞增殖，稳定过表达ChREBP导致100%的小鼠在1年内发生肝细胞癌，并且缩短了小鼠的生存期（图2）。
总之，研究表明ChREBP在人类肝癌中过表达，与肿瘤的恶性程度和预后不良相关，并且能够促进小鼠HCC的发生和发展。
图1
图2
2. 诱导PI3K调控亚基p85α驱动ChREBP对PI3K/AKT信号通路
为了检测ChREBP是否通过激活PI3K/AKT通路发挥致癌作用，作者测定ChREBP过表达对PI3K/AKT通路的影响，发现ChREBP能激活PI3K/AKT通路，并且使用AKT抑制剂MK-2206治疗ChREBP过表达小鼠能够抑制ChREBP介导的肝癌细胞增殖。这一过程中p85α表达被上调，于是作者进一步沉默p85α基因检测其对ChREBP介导的PI3K/AKT激活和细胞增殖的影响，发现沉默p85α显著激活PI3K/AKT通路以及促进了细胞增殖（图3）。
作者进一步验证ChREBP通过上调p85α表达激活PI3K/AKT通路，以及这一机制在ChREBP介导的肝癌发生中的作用。利用ChIP实验确认了ChREBP能直接结合p85α基因启动子并激活其转录，并且ChREBP的过表达能上调p85α表达。无论在体内还是体外，在ChREBP过表达的肝癌细胞中敲低p85α检测都会抑制PI3K/AKT通路和细胞增殖，并且抑制了ChREBP介导的小鼠肝癌发生（图4）。
图3
图4
3. HK2是ChREBP激活PI3K/AKT的扩增环路的一部分
为了探究ChREBP介导的PI3K/AKT通路激活与ChREBP自身激活之间的关系。，作者利用沉默p85α检测其对ChREBP细胞定位和转录活性的影响，发现ChREBP的核定位和转录活性受到抑制。另外作者发现与野生型相比，ChREBP构成活性突变体不依赖HK2介导的葡萄糖磷酸化，HK2过表达能够激活ChREBP并增强PI3K/AKT通路。ChREBP沉默联合HK2过表达依然抑制HK2介导的细胞增殖，这表明HK2连接ChREBP介导的葡萄糖代谢重编程与PI3K/AKT通路激活之间存在正向放大环路。
图5
4. ChREBP重组葡萄糖代谢使其更倾向于糖酵解
转录组学和ChIP-seq数据集的基因本体分析显示，ChREBP的激活影响了糖酵解、PPP、脂质合成以及谷氨酰胺和嘧啶代谢相关基因的表达，这表明ChREBP在控制HCC发展方面具有第二种功能。
为了检测ChREBP对葡萄糖代谢的重编程及其在肝癌发展中的作用，作者利用过表达ChREBP检测其对葡萄糖摄取和代谢的影响，发现葡萄糖摄取增加。ChREBP过表达SNU449或SNU475 HCC细胞表现出高葡萄糖-乳酸和高葡萄糖-丙氨酸转化，与糖酵解的代谢转移一致（Warburg效应）。与此同时，过表达ChREBP的SNU449和SNU475细胞产生了更多的ATP，更重要的是，ChREBP过表达的细胞从糖酵解中获得大部分ATP（约60%），而不是主要依赖氧化磷酸化的亲本细胞。总之，研究表明ChREBP能促进肝癌细胞对葡萄糖的摄取，并将葡萄糖代谢重编程向糖酵解，抑制线粒体氧化磷酸化。
图6
5. 葡萄糖代谢和代谢重编程参与了ChREBP的促增殖作用
在SNU449和SNU475细胞中，ChREBP的激活引起Gln氧化的减少，如琥珀酸盐、富马酸盐、苹果酸盐、天冬氨酸盐和柠檬酸盐的m+4标记同位素的富集减少。ChREBP直接激活PPP关键酶的表达，从而激活PPP并促进脱氧核苷酸、脂质和不饱和脂肪酸的合成。沉默Fas基因则抑制了这一过程（图7）。
ChIP-seq分析最终发现ChREBP在GLS1和GOT2启动子上被功能性募集，进一步的ChIP实验验证了ChREBP在GLS1和GOT2启动子上的募集增强促进了GSL1和GOT2在ChREBP肿瘤中的表达。总的来说，这些结果揭示了ChREBP通过直接调节GLS1和GOT2的表达，改变Gln代谢，促进Asp的产生，从而支持HCC癌细胞的高增殖率（图8）。
图7
图8
6. ChREBP作为HCC治疗的靶点
上述发现表明ChREBP在生长信号和HCC细胞能量代谢的急性控制之间起着分子联系的作用，该团队接下来研究了ChREBP作为药物干预的潜在靶点的重要性，发现肝脏中ChREBP缺失能延缓这些致癌基因改变导致的肝癌进程（图9）。
为了证实ChREBP是治疗HCC的靶点，作者用致癌物二乙基亚硝胺（DEN）和四氯化碳（CCl4）肝毒素联合治疗WT和肝脏特异性ChREBP KO小鼠，诱导肿瘤发展。在这个炎症相关的肝脏致瘤模型中，肝脏特异性ChREBP缺陷小鼠也显示出肿瘤发展的显著减少（图9）。ChREBP敲低能显著提高DEN/CCL4诱癌小鼠的总存活率。
耐药性是决定HCC患者预后不良的另一个重要因素。索拉非尼是治疗晚期HCC患者的重要药物之一，但其疗效受到耐药性的严重影响。过表达ChREBP的SNU475和SNU449 细胞系对索拉非尼诱导的细胞凋亡具有抵抗力，表明ChREBP活性的上调可能是索拉非尼耐药的原因。索拉非尼和SBI-993联合治疗则降低了线粒体氧化能力和糖酵解功能，恢复细胞对索拉非尼治疗的敏感性。这些结果都表明，SBI-993能够增强索拉非尼诱导的细胞生长抑制和细胞凋亡诱导，从而抑制肿瘤发展。
图9
图10
02
研究总结
该研究发现了ChREBP活化是肝癌细胞增殖和存活的重要特征，为肝癌治疗新疗法的开发提供了新的靶点。通过阻止致癌信号通路的激活和代偿性细胞代谢重新连接，可能有助于使癌细胞对HCC全身治疗敏感。总之，这项研究表明，靶向ChREBP活性可能作为一种抗肿瘤策略，并作为一种有希望的方法来对抗肝癌治疗期间对全身治疗的耐药性。
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