近日，針對(duì)脂肪肝病和肝癌，上海中醫(yī)藥大學(xué)何鋒研究員和合作者發(fā)現(xiàn)了關(guān)于這些重要疾病的新知識(shí)。

(資料圖)

傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，脂肪肝病相關(guān)的應(yīng)激反應(yīng)，可能會(huì)加重脂肪肝病的進(jìn)展和以及促使肝癌的發(fā)生。

而實(shí)際上，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)應(yīng)激反應(yīng)通過調(diào)節(jié)細(xì)胞和組織穩(wěn)態(tài)，可以保護(hù)受到損傷的肝組織，以及可以預(yù)防肝癌的發(fā)生。

圖 | 何鋒（來源：何鋒）

此前，很多課題都集中在研究應(yīng)激反應(yīng)對(duì)于癌細(xì)胞的生長(zhǎng)、增殖、轉(zhuǎn)移等促進(jìn)功能，針對(duì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)在正常肝臟中的生理和病理功能中的研究，一直處于缺乏的狀態(tài)，而該本次研究正好彌補(bǔ)了這一空白。

肝損傷、以及肝細(xì)胞死亡引起的炎癥，與肝癌的發(fā)生緊密關(guān)聯(lián)。不同的刺激因素，會(huì)引起不同的肝細(xì)胞死亡方式，由此會(huì)引起肝損傷和炎癥。

這些死亡方式主要包括細(xì)胞壞死、壞死性凋亡和凋亡細(xì)胞死亡，不少癌癥治療手段和炎癥治療手段，都是在對(duì)這些死亡方式進(jìn)行調(diào)控。

目前，人們依舊不清楚新的細(xì)胞死亡方式在肝損傷和炎癥中的作用，因此在預(yù)防、治療肝炎和肝癌時(shí)，人們依舊缺乏有效方法和藥物。

肝癌是全球第三大癌癥死因和第六大高發(fā)癌癥，也是中國(guó)的第三大癌癥死因和第四高發(fā)癌癥。中國(guó)肝癌死亡人數(shù)和發(fā)病人數(shù)分別占全球的 47% 和 65% 以上。

肝癌主要由乙型肝炎病毒（HBV，Hepatitis B virus）和丙型肝炎病毒（HCV，Hepatitis C virus）感染、酗酒、環(huán)境毒物以及非酒精性脂肪肝引起。1990 年代初，中國(guó)廣泛推廣 HBV 疫苗以及有效的 HCV 治療藥物，因此國(guó)內(nèi)與病毒相關(guān)的肝癌已經(jīng)持續(xù)減少。

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、生活方式的轉(zhuǎn)變以及環(huán)境污染的增加，目前中國(guó) 60% 以上的肝病發(fā)病率，是由于環(huán)境毒物藥物和非酒精性脂肪肝（NAFL，non-alcoholic fatty liver）引起。

它們分別會(huì)引起毒物性脂肪肝病（TAFLD，Toxicant-associated fatty liver disease）和非酒精性脂肪肝病（NAFLD，Non-alcoholic fatty liver disease），兩者在臨床上的病理學(xué)特征和組織學(xué)特征非常相似，目前常被稱為代謝功能障礙相關(guān)脂肪肝（MAFLD，Metabolic dysfunction-associated fatty liver disease），并且超過了酒精肝（ALD，Alcoholic liver disease）和病毒性肝炎所引起的肝病。

其中，非酒精性脂肪肝容易引發(fā)肝臟炎癥反應(yīng)、纖維化、肝硬化等癥狀，最終會(huì)導(dǎo)致肝癌。

此外，不良飲食習(xí)慣、肥胖和糖尿病等疾病，在全球人口死亡原因中占比 20%。肥胖和 II 型糖尿病，已經(jīng)成為全球主要流行性疾病，它們會(huì)大大增加非酒精性脂肪肝和癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。

考慮到肥胖和糖尿病在全球的流行，毒物性脂肪肝病和非酒精性脂肪肝病引發(fā)的肝癌發(fā)生率和死亡率預(yù)計(jì)會(huì)持續(xù)上升。

脂肪肝病的發(fā)病進(jìn)程如下：從簡(jiǎn)單的脂肪肝、到肝炎、到肝硬化、最終會(huì)演變?yōu)楦伟Ｄ壳?，針?duì)肝癌的臨床早期檢測(cè)和治療手段非常有限。此外，很多大型肝癌隨機(jī)對(duì)照臨床試驗(yàn)都沒有取得好的效果。

這主要是因?yàn)椋寒?dāng)前針對(duì)肝癌發(fā)生和發(fā)展的生物學(xué)基礎(chǔ)研究以及轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究，依舊存在很多不足。因此，亟需加強(qiáng)研發(fā)肝癌創(chuàng)新診斷治療策略、以及實(shí)施基礎(chǔ)研究結(jié)果的轉(zhuǎn)化。

肝臟是人體重要的代謝器官，很多食物、藥物和毒物都在肝內(nèi)代謝，這會(huì)直接或間接地破壞肝細(xì)胞穩(wěn)態(tài)平衡進(jìn)而產(chǎn)生肝損傷。這些外部環(huán)境刺激會(huì)破壞細(xì)胞的功能，并會(huì)引起機(jī)體和細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)、細(xì)胞死亡、肝損傷、非酒精性脂肪肝病以及組織器官功能異常。

此前，關(guān)于應(yīng)激反應(yīng)在正常肝細(xì)胞的功能、以及在脂肪性肝炎中的功能，一直研究不足。尤其對(duì)于脂肪性肝病發(fā)展為肝癌中的功能，一直沒有相關(guān)研究。

何鋒團(tuán)隊(duì)在研究非酒精性脂肪肝病的疾病進(jìn)展中發(fā)現(xiàn)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和營(yíng)養(yǎng)過剩的聯(lián)合作用，會(huì)引起脂肝損傷和肪性肝炎，進(jìn)而會(huì)引起向肝癌的轉(zhuǎn)變。但是，其背后的具體機(jī)制尚未探明。

因此，在該研究中課題組探索了應(yīng)激反應(yīng)脂肪肝疾病發(fā)展為肝癌中的作用、以及應(yīng)激反應(yīng)引起細(xì)胞死亡的機(jī)制，希望借此可以發(fā)現(xiàn)肝炎和肝癌防治的新方法。

該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)中的關(guān)鍵蛋白 ATF4，在機(jī)體發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)表達(dá)增加的情況，當(dāng)肝臟 ATF4 被敲除之后，肝臟損傷和炎癥則會(huì)增加。

為了研究 ATF4 在肝癌發(fā)生發(fā)展中的作用，他們建立了一種非酒精性脂肪肝炎和肝癌的小鼠模型，以模擬患者中的非酒精性脂肪肝病轉(zhuǎn)向肝癌的過程。

研究中，他們使用高脂飲食來喂養(yǎng) MUP-uPA 小鼠，之后 MUP-uPA 小鼠在肝細(xì)胞中表達(dá)了肝特異性 uPA，這導(dǎo)致肝細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出現(xiàn)應(yīng)激反應(yīng)和肝損傷。

高脂肪飲食喂養(yǎng)的 MUP-uPA 小鼠所引起的肝炎和肝癌和臨床脂肪肝病患者的肝炎和肝癌存在相同的病理學(xué)特征。

接著，該團(tuán)隊(duì)使用肝臟 ATF4 基因敲除的小鼠建立了肝癌模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，肝臟 ATF4 被敲除之后的 MUP-uPA 小鼠，雖然肝臟脂肪變性程度得到顯著減輕，但是肝損傷和肝炎變得更加嚴(yán)重，并且發(fā)展為肝癌。

進(jìn)一步機(jī)制研究表明，ATF4 主要通過調(diào)節(jié) SLC7A11 的表達(dá)，影響谷胱甘肽合成，從而起到抑制鐵死亡的作用，最終可以緩解肝損傷和肝癌發(fā)生。

總結(jié)而言，研究人員發(fā)現(xiàn)應(yīng)激反應(yīng)蛋白 ATF4 和鐵死亡在肝損傷和炎癌轉(zhuǎn)化中扮演重要角色。由于癌細(xì)胞能夠充分利用應(yīng)激反應(yīng)和鐵死亡的機(jī)制，從而促進(jìn)癌細(xì)胞的增長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移，因此 ATF4 被認(rèn)為是一種促癌蛋白。

但是，在正常細(xì)胞或癌癥的發(fā)生過程中，ATF4 通過調(diào)節(jié)代謝來抑制鐵死亡，以便維持機(jī)體和組織的穩(wěn)態(tài)，進(jìn)而可以抑制非酒精性脂肪肝病發(fā)展為肝炎和肝癌。

而該研究揭示了癌癥發(fā)生前后的兩種不同功能，對(duì)于肝癌的早期預(yù)防和后期治療有著重要價(jià)值。通過研發(fā)小分子藥物可以靶向 ATF4 和鐵死亡，通過劑量和處理時(shí)間可以實(shí)現(xiàn)癌癥的預(yù)防和治療。

此前有報(bào)道顯示，脂肪肝與肝臟內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激有著密切關(guān)系，但是人們依舊不清楚其與脂肪型肝炎以及與癌癥的關(guān)系。

被高脂飲食喂養(yǎng)之后的 MUP-uPA 小鼠產(chǎn)生了肝炎，研究人員以此作為肝癌模型中的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激信號(hào)通路。

脂肪性肝炎會(huì)引起肝癌，而針對(duì)這類病人的多種組織學(xué)病理學(xué)特征，課題組及合作者建立的肝炎肝癌小鼠模型可以很好地模擬患者的這些病理學(xué)特征。

他們發(fā)現(xiàn) MUP-uPA 小鼠肝臟中有著很高的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)，關(guān)鍵蛋白 ATF4 出現(xiàn)了表達(dá)上調(diào)的情況。

因此，他們進(jìn)一步研究了 ATF4 在其中的功能，通過建立肝細(xì)胞特異性 ATF4 基因敲除小鼠，從而在體內(nèi)和體外研究了 ATF4 在小鼠肝炎和肝癌模型中的病理學(xué)功能。

在獲得肝炎肝癌表型之后，研究團(tuán)隊(duì)采用轉(zhuǎn)錄組學(xué)方法和基因敲除挽救實(shí)驗(yàn)，對(duì) ATF4 調(diào)節(jié)肝癌發(fā)生的機(jī)制進(jìn)行了深入研究。

接著，又對(duì) ATF4 調(diào)控的下游通路進(jìn)行探索，發(fā)現(xiàn)了谷胱甘肽代謝和其關(guān)鍵調(diào)節(jié)蛋白 SLC7A11 的調(diào)節(jié)作用。

同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)也研究了會(huì)引發(fā)肝損傷的肝細(xì)胞死亡方式，借此發(fā)現(xiàn)了鐵死亡在其中的作用。

最后，通過分析非酒精性脂肪性肝炎和肝癌病人中 ATF4-SLC7A11 信號(hào)通路中的表達(dá)情況，證實(shí)了課題組的發(fā)現(xiàn)。這為進(jìn)一步地了解應(yīng)激反應(yīng)，尤其是 ATF4 在肝癌發(fā)生和發(fā)展中的作用，以及尋找潛在治療靶點(diǎn)提供了幫助。

在研究過程中合作者提供了慷慨的幫助，確保了本次課題的順利完成。在建立新型非酒精性脂肪性肝炎和肝癌模型時(shí)，由于需要轉(zhuǎn)基因小鼠 MUP-uPA，因此他們聯(lián)系了這一小鼠的擁有者——美國(guó)威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的埃里克·桑格倫（Eric P. Sandgren）教授。

美國(guó)愛荷華大學(xué)的克里斯托弗·亞當(dāng)斯（Christopher Adams）教授則將 Atf4F/F 小鼠贈(zèng)予他們，以便何鋒團(tuán)隊(duì)可以建立條件性的 ATF4 敲除小鼠。此外，美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校邁克爾·卡林（Michael Karin）院士也指導(dǎo)了本次課題。

何鋒表示：“該課題一開始是在 Karin 實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，期間我們得到了很多建議。同時(shí)，在課題資金出現(xiàn)困難時(shí)，我們獲得了禮來公司的研究創(chuàng)新基金。此外，感謝禮來公司 Benjamin Yaden 教授為此次課題提出的寶貴意見?！?/span>

“課題的順利完成也離不開上海中醫(yī)藥大學(xué)各單位的大力支持，尤其在疫情政策調(diào)整期間，在上海出現(xiàn)大量陽性感染患者的情況下，學(xué)校電鏡研究中心的袁琳、姜逸和胡娜等多位老師，克服困難幫助我們完成樣本制備和數(shù)據(jù)采集，讓我們可以順利完成此次工作。”何鋒繼續(xù)表示。

最終，相關(guān)論文以《ATF4 通過誘導(dǎo) SLC7A11（xCT）阻斷應(yīng)激相關(guān)的鐵死亡來抑制肝癌的發(fā)生》（ATF4 suppresses hepatocarcinogenesis by inducing SLC7A11（xCT）to block stress-related ferroptosis）為題發(fā)表在 Journal of Hepatology上[1]。

何鋒擔(dān)任論文第一作者和共同通訊，美國(guó)禮來制藥公司糖尿病新型治療和外部合作部副總裁本杰明·亞登（Benjamin Yaden）、以及美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校邁克爾·卡林（Michael Karin）院士擔(dān)任共同通訊作者。

圖 | 相關(guān)論文（來源：Journal of Hepatology）

未來，何鋒和團(tuán)隊(duì)將根據(jù)本次成果，繼續(xù)研究應(yīng)激反應(yīng)的生物學(xué)功能，并將針對(duì)本次成果的應(yīng)用前景進(jìn)行開發(fā)。比如，通過研發(fā)小分子藥物可以來靶向 ATF4 和鐵死亡，從而讓 ATF4 和鐵死亡調(diào)節(jié)劑發(fā)揮腫瘤防治的功能。

此外，外部環(huán)境時(shí)刻都和生物體保持著信息交流，環(huán)境壓力是無處不在的，它們時(shí)刻威脅和破壞著細(xì)胞功能。因此，維持體內(nèi)平衡是機(jī)體健康和生存的關(guān)鍵。

但是，機(jī)體和細(xì)胞具備一種在進(jìn)化上呈保守特征的穩(wěn)態(tài)程序，即通過應(yīng)激反應(yīng)來維持機(jī)體，從而恢復(fù)體內(nèi)的平衡。

更多了解應(yīng)激反應(yīng)這一普遍存在的保守信號(hào)能夠幫助人們了解疾病進(jìn)展機(jī)制和防治方法。

另據(jù)悉，何鋒曾獲得 Eli Lilly 的科研創(chuàng)新獎(jiǎng)以及 Joy Cappel 青年研究員獎(jiǎng)，并承擔(dān) Eli Lilly 非酒精性脂肪肝炎和肝癌的研究。

他表示，這些獎(jiǎng)項(xiàng)是很有競(jìng)爭(zhēng)性的，能夠入選也說明了自己的研究?jī)?nèi)容和方向?qū)τ诮鉀Q目前重要的臨床問題很有價(jià)值，同時(shí)這也可以幫助他更好地了解如何將基礎(chǔ)研究加以應(yīng)用。他說：“我們?cè)诨A(chǔ)研究中遇到的一些問題，可以通過和公司合作來解決。通過和工業(yè)界的合作和學(xué)習(xí)，可以更好地學(xué)習(xí)如何將研究成果轉(zhuǎn)化。

何鋒繼續(xù)說道：“尤其是在獲得 Eli Lilly 的科研創(chuàng)新獎(jiǎng)后，這些資助大大解決了作為年輕研究人員常常所面臨的研究資金不足的問題，讓我能夠順利完成我的研究項(xiàng)目，并且加強(qiáng)了我和禮來公司相關(guān)部門的研究和合作?！?/span>

而在合作交流之中，何鋒也獲得了很多靈感和研究思路。例如，他可以直接和禮來公司糖尿病治療和外部創(chuàng)新部的 Benjamin Yaden 副總裁保持緊密的溝通和合作。

在開展廣泛合作的同時(shí)，何鋒也在開展相關(guān)新的研究領(lǐng)域以便全面系統(tǒng)地研究代謝性疾病及其防治策略，希望未來能夠有一些新的發(fā)現(xiàn)。

參考資料：

1.He, F., Zhang, P., Liu, J., Wang, R., Kaufman, R. J., Yaden, B. C., & Karin, M. (2023). ATF4 suppresses hepatocarcinogenesis by inducing SLC7A11 (xCT) to block stress-related ferroptosis.Journal of Hepatology.

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