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

(資料圖)

傳統(tǒng)觀念認為，脂肪肝病相關的應激反應，可能會加重脂肪肝病的進展和以及促使肝癌的發(fā)生。

而實際上，該團隊發(fā)現(xiàn)應激反應通過調節(jié)細胞和組織穩(wěn)態(tài)，可以保護受到損傷的肝組織，以及可以預防肝癌的發(fā)生。

圖 | 何鋒（來源：何鋒）

此前，很多課題都集中在研究應激反應對于癌細胞的生長、增殖、轉移等促進功能，針對內質網(wǎng)應激反應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了這一空白。

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

這些死亡方式主要包括細胞壞死、壞死性凋亡和凋亡細胞死亡，不少癌癥治療手段和炎癥治療手段，都是在對這些死亡方式進行調控。

目前，人們依舊不清楚新的細胞死亡方式在肝損傷和炎癥中的作用，因此在預防、治療肝炎和肝癌時，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，也是中國的第三大癌癥死因和第四高發(fā)癌癥。中國肝癌死亡人數(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，中國廣泛推廣 HBV 疫苗以及有效的 HCV 治療藥物，因此國內與病毒相關的肝癌已經(jīng)持續(xù)減少。

隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展、生活方式的轉變以及環(huán)境污染的增加，目前中國 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特征和組織學特征非常相似，目前常被稱為代謝功能障礙相關脂肪肝（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、纖維化、肝硬化等癥狀，最終會導致肝癌。

此外，不良飲食習慣、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，它們會大大增加非酒精性脂肪肝和癌癥的風險。

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)生率和死亡率預計會持續(xù)上升。

脂肪肝病的發(fā)病進程如下：從簡單的脂肪肝、到肝炎、到肝硬化、最終會演變?yōu)楦伟Ｄ壳?，針對肝癌的臨床早期檢測和治療手段非常有限。此外，很多大型肝癌隨機對照臨床試驗都沒有取得好的效果。

這主要是因為：當前針對肝癌發(fā)生和發(fā)展的生物學基礎研究以及轉化醫(yī)學研究，依舊存在很多不足。因此，亟需加強研發(fā)肝癌創(chuàng)新診斷治療策略、以及實施基礎研究結果的轉化。

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代謝，這會直接或間接地破壞肝細胞穩(wěn)態(tài)平衡進而產(chǎn)生肝損傷。這些外部環(huán)境刺激會破壞細胞的功能，并會引起機體和細胞的內質網(wǎng)應激，進而導致細胞應激反應、細胞死亡、肝損傷、非酒精性脂肪肝病以及組織器官功能異常。

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

何鋒團隊在研究非酒精性脂肪肝病的疾病進展中發(fā)現(xiàn)，內質網(wǎng)應激和營養(yǎng)過剩的聯(lián)合作用，會引起脂肝損傷和肪性肝炎，進而會引起向肝癌的轉變。但是，其背后的具體機制尚未探明。

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

該團隊發(fā)現(xiàn)內質網(wǎng)應激反應中的關鍵蛋白 ATF4，在機體發(fā)生內質網(wǎng)應激反應時會出現(xiàn)表達增加的情況，當肝臟 ATF4 被敲除之后，肝臟損傷和炎癥則會增加。

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 小鼠在肝細胞中表達了肝特異性 uPA，這導致肝細胞內質網(wǎng)出現(xiàn)應激反應和肝損傷。

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特征。

接著，該團隊使用肝臟 ATF4 基因敲除的小鼠建立了肝癌模型。實驗結果顯示，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重，并且發(fā)展為肝癌。

進一步機制研究表明，ATF4 主要通過調節(jié) SLC7A11 的表達，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。

總結而言，研究人員發(fā)現(xiàn)應激反應蛋白 ATF4 和鐵死亡在肝損傷和炎癌轉化中扮演重要角色。由于癌細胞能夠充分利用應激反應和鐵死亡的機制，從而促進癌細胞的增長和轉移，因此 ATF4 被認為是一種促癌蛋白。

但是，在正常細胞或癌癥的發(fā)生過程中，ATF4 通過調節(jié)代謝來抑制鐵死亡，以便維持機體和組織的穩(wěn)態(tài)，進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，對于肝癌的早期預防和后期治療有著重要價值。通過研發(fā)小分子藥物可以靶向 ATF4 和鐵死亡，通過劑量和處理時間可以實現(xiàn)癌癥的預防和治療。

此前有報道顯示，脂肪肝與肝臟內質網(wǎng)應激有著密切關系，但是人們依舊不清楚其與脂肪型肝炎以及與癌癥的關系。

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質網(wǎng)應激信號通路。

脂肪性肝炎會引起肝癌，而針對這類病人的多種組織學病理學特征，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特征。

他們發(fā)現(xiàn) MUP-uPA 小鼠肝臟中有著很高的內質網(wǎng)應激反應，關鍵蛋白 ATF4 出現(xiàn)了表達上調的情況。

因此，他們進一步研究了 ATF4 在其中的功能，通過建立肝細胞特異性 ATF4 基因敲除小鼠，從而在體內和體外研究了 ATF4 在小鼠肝炎和肝癌模型中的病理學功能。

在獲得肝炎肝癌表型之后，研究團隊采用轉錄組學方法和基因敲除挽救實驗，對 ATF4 調節(jié)肝癌發(fā)生的機制進行了深入研究。

接著，又對 ATF4 調控的下游通路進行探索，發(fā)現(xiàn)了谷胱甘肽代謝和其關鍵調節(jié)蛋白 SLC7A11 的調節(jié)作用。

同時，該團隊也研究了會引發(fā)肝損傷的肝細胞死亡方式，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 信號通路中的表達情況，證實了課題組的發(fā)現(xiàn)。這為進一步地了解應激反應，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，由于需要轉基因小鼠 MUP-uPA，因此他們聯(lián)系了這一小鼠的擁有者——美國威斯康星大學麥迪遜分校的埃里克·桑格倫（Eric P. Sandgren）教授。

美國愛荷華大學的克里斯托弗·亞當斯（Christopher Adams）教授則將 Atf4F/F 小鼠贈予他們，以便何鋒團隊可以建立條件性的 ATF4 敲除小鼠。此外，美國加州大學圣地亞哥分校邁克爾·卡林（Michael Karin）院士也指導了本次課題。

何鋒表示：“該課題一開始是在 Karin 實驗室進行，期間我們得到了很多建議。同時，在課題資金出現(xiàn)困難時，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)藥大學各單位的大力支持，尤其在疫情政策調整期間，在上海出現(xiàn)大量陽性感染患者的情況下，學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?！焙武h繼續(xù)表示。

最終，相關論文以《ATF4 通過誘導 SLC7A11（xCT）阻斷應激相關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]。

何鋒擔任論文第一作者和共同通訊，美國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）、以及美國加州大學圣地亞哥分校邁克爾·卡林（Michael Karin）院士擔任共同通訊作者。

圖 | 相關論文（來源：Journal of Hepatology）

未來，何鋒和團隊將根據(jù)本次成果，繼續(xù)研究應激反應的生物學功能，并將針對本次成果的應用前景進行開發(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 和鐵死亡調節(jié)劑發(fā)揮腫瘤防治的功能。

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

但是，機體和細胞具備一種在進化上呈保守特征的穩(wěn)態(tài)程序，即通過應激反應來維持機體，從而恢復體內的平衡。

更多了解應激反應這一普遍存在的保守信號能夠幫助人們了解疾病進展機制和防治方法。

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

他表示，這些獎項是很有競爭性的，能夠入選也說明了自己的研究內容和方向對于解決目前重要的臨床問題很有價值，同時這也可以幫助他更好地了解如何將基礎研究加以應用。他說：“我們在基礎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)界的合作和學習，可以更好地學習如何將研究成果轉化。

何鋒繼續(xù)說道：“尤其是在獲得 Eli Lilly 的科研創(chuàng)新獎后，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目，并且加強了我和禮來公司相關部門的研究和合作?！?/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，何鋒也在開展相關新的研究領域以便全面系統(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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