糖原累积症为何会并发肝细胞腺瘤厦大团队Cel

2023-01-07 了解糖原累积症

肝细胞腺瘤是糖原累积症I型的一种严重的长期并发症，在70-80%的25岁以上的患者中都有发生。肝细胞腺瘤的其他并发症包括局部的压迫、肿瘤内出血和10%的患者恶性转化为肝细胞癌。虽然由于肝细胞腺瘤缺乏预测性体征导致其在糖原累积症中的管理很困难，但可喜的是在代谢控制良好的情况下，尤其是血清甘油三酯水平正常，患者肝细胞腺瘤形成显著减少。由此可见饮食治疗如口服生玉米淀粉，可以维持血糖平稳避免剧烈波动，从而缓解高血脂、高尿酸血症等其他代谢异常，在糖原累积症I型治疗中的重要作用。但长期以来导致肝细胞腺瘤的潜在病因尚未明晰，近日厦门大学生命科学学院的周大旺和陈兰芬课题组合作在Cell杂志上发表了题为《Glycogen accumulation and phase separation drives livertumor initiation (糖原积累和相分离驱动肝肿瘤发生)》的研究论文。该篇文章对解释糖原累积症的长期并发症肝细胞腺瘤甚至恶性转化提供了新的研究思路，所以我们有必要做一简单了解。

在此特别致敬在该篇研究论文中有多项原创性发现的第一作者刘清许博士，他因非霍奇金淋巴瘤不幸于2020年6月11日离世，并将自己的遗体捐献给厦门大学医学院用于教学与科研工作。

厦门大学官方以《厦大团队取得肝癌研究重大突破》为题发表的文章中介绍：本项工作发现了早期肝脏肿瘤细胞将汲取的葡萄糖合成糖原作为能量存储，并通过液-液相分离抑制Hippo信号通路的活性，从而驱动肿瘤的发生发展。本项工作揭示了临床中糖原累积导致肝肿大与肝癌的致病机理，为多类肿瘤细胞在应激条件下出现糖原累积的现象提供了肿瘤细胞潜在应激生存的耐药机制，为肿瘤治疗提供新思路。
背景知识：Hippo通路示意图

Hippo通路的核心是由激酶Mst1和Mst2（Mst1/2）、支架蛋白SALVORD/WW45、下游NDR家族激酶Lats1和Lats2（Lats1/2）以及衔接蛋白Mob1、转录共激活剂YAP及其旁体TAZ和TEAD1-4转录因子家族形成的激酶级联。

当Hippo通路激活时，Mst1/2磷酸化并激活Lats1/2-Mob1，Lats1/2-Mob1随后磷酸化YAP/TAZ。磷酸化YAP/TAZ在细胞质中被14-3-3蛋白降解或隔离。

当Hippo通路关闭时，YAP/TAZ在细胞核中积累，并与TEAD形成功能性杂交转录因子，从而启动靶基因表达。

Hippo途径可以整合包括机械应力、细胞极性、细胞连接和细胞外因子的多种细胞和细胞外输入以调节YAP/TAZ活性。

该项研究证明了糖原储存在肿瘤起始中的关键作用。该研究发现糖原积累通常存在于人和小鼠肝脏肿瘤的早期阶段，并且对于肿瘤的发生是必不可少的。消除糖原积累可以消除肝癌的发病率，而增加糖原储存会加速肿瘤发生。通过靶向Hippo/Mst1/2 通路，使原癌蛋白 Yap 失活成为一种关键的肿瘤抑制机制。该研究发现积累的糖原经历液液相分离，这导致Laforin-Mst1/2 复合物在糖原液滴中的组装，从而激活 Yap 以进行细胞存活和转化。此外，人和小鼠的G6PC或PYGL、糖原分解酶缺陷导致的糖原累积症与 Yap 激活、肝脏肿大和癌症发展相关，在表型上与Hippo信号缺乏相一致。因此，该研究提供了对在肿瘤发生过程中增加糖原储存这一看不见影响的机制和功能上的见解，因此对癌症的早期检测和治疗具有重要的临床意义。

首先作者利用三到四种小鼠肝癌模型外加人的肝癌标本，发现糖原积累通常存在于小鼠和人类肝脏肿瘤的早期，并可能在肿瘤发生中起重要作用。

为了更好地理解在肝肿瘤早期促进糖原积累的机制，作者利用显微切割技术对DEN处理小鼠的早期/小型癌前病变（高糖原水平）和正常邻近肝组织（正常糖原水平）进行RNA测序分析（图2A）。对参与糖原分解代谢和合成代谢的基因表达水平的比较表明，癌前病变中只有编码糖原分解最后一步酶G6pc的表达显著降低，而参与糖原分解和糖原分解的其他基因没有一致的变化（图2B和2C）。免疫组织化学分析证实，在多种小鼠的肝脏早期恶性病变中，可以看到糖原累积，G6PC表达下调，而磷酸化Akt（p-Akt）水平升高（图2D）。此外，人类和小鼠G6PC缺乏导致糖原累积症1a型（GSD1a）。因此，我们得出结论，G6PC的下调可能是肿瘤发生期间糖原储存增加的原因。

作者通过构建肝细胞特异性G6PC敲除小鼠来模拟糖原累积症Ia型（GSDIa）疾病以及探究G6PC对肝糖原稳态的影响（图S2A-S2C）。该小鼠的肝脏中观察到与对照小鼠相比更高的糖原储存（图S2D），同时也表现出肝脏增大、肝/体重比增加以及Ki67+增殖肝细胞百分比增加（图2E和S2E），类似于Hippo信号缺陷表型。

事实上，肝细胞中G6PC的缺失导致Hippo激酶Mst1和Mst2（Mst1/2）活性大大降低，这一点可以通过Mst1/2的生理底物Mob1（p-Mob1）的磷酸化水平降低来证明，并通过降低Yap磷酸化水平（p-Yap）和增加其核定位和靶基因表达（Ctgf和Cyr61）增强其下游效应分子Yap活性（图2F、2G和S2F）。重要的是，Yap一个等位基因的失活足以减轻糖原累积症Ia型（GSDIa）小鼠的肝脏肿大（图2H）。

此外，RNA-seq分析显示，与DEN治疗小鼠的相邻正常组织相比，具有累积糖原的早期（小）肿瘤病变中的Yap下游靶点也增加，这通过RNA原位杂交进一步验证（图2I、2J、S2G和S2H）。

为了确定肝脏增大和Hippo信号失活是否仅仅是由于肝细胞中糖原的积累，而不是由于G6PC缺乏引起的其他代谢紊乱，作者进一步构建了肝细胞特异性Pygl敲除小鼠，其中Pygl基因编码肝糖原磷酸化酶以分解糖原的基因，其突变可以导致糖原累积症VI型，结果与肝细胞特异性G6PC敲除小鼠（模拟糖原累积症Ia型）类似，这些结果表明，糖原积累阻断Hippo信号活动，从而激活Yap，从而促进肝脏肿大和癌症的发展。

而其中具体的机制证明较为复杂，此处做简要说明：累积糖原可以诱导细胞内Mst1/2聚集灶的形成，而糖原是一种大的、支化的葡萄糖聚合物，糖原在体外和体内均可进行液-液相分离。糖原结合蛋白Laforin被发现与Mst1/2有强烈的相互作用，可以将其滞留在糖原液滴中，Laforin通过与WW45竞争有效破坏Mst1/2-WW45的复合物，从而激活Yap以促进细胞恶性转化。

最后作者在肝细胞特异性G6PC敲除小鼠，即糖原累积症Ia型（GSDIa）小鼠模型中观察到，30%的该小鼠在15-17个月时发生肝细胞腺瘤，其中约一半在20个月时发生肝细胞癌（图S7D和S7E），而根据文献报道，丙戊酸（VPA）给药导致肝糖原储存量显著减少，给予上述小鼠丙戊酸（VPA）治疗后，肝糖原含量显著降低，同时3个月时肝重/体重比降低，并且在6个月时显著降低了肝肿瘤的形成（图7F）。虽然丙戊酸（VPA）给药可以导致肝糖原储存量显著减少从而预防肝细胞腺瘤的发生，但其作为一种常用的抗癫痫药物，具有一定的肝毒性以外还有其他严重的副作用，丙戊酸（VPA）是否可以成为预防肝细胞腺瘤的药物还有很长的路要走。

简单总结这篇文章的研究内容：积累的糖原通过液液相分离，导致Laforin-Mst1/2复合物在糖原液滴中的组装，从而破坏Mst1/2-WW45复合物，进而解除Hippo信号对下游的原癌基因YAP的抑制，最终导致肝细胞的过度增殖。所以，糖原在肝脏细胞中的累积，有可能是引发肝细胞腺瘤的一个重要因素；同时，消除糖原的过度累积可能是一种潜在的肝细胞腺瘤的治疗策略。

特别感谢空军军医大学白健博士，以上部分图片和文字来源于其课题组文献学习汇报的PPT文件。

关于这项研究更详细的信息，请大家参阅原文献。

PMID：34678143

DOI：10.1016/j.cell.2021.10.001

标签：糖原累积症

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