JCI | 丁文兴团队揭示非经典mTORC1-TFEB激活促进肝细胞可塑性及肝癌恶性进展

肝细胞癌（ hepatocellular carcinoma ， HCC ）是最常见的原发性肝癌，其发生发展伴随着显著的分子和细胞异质性。近年来，肝细胞可塑性（ hepatocyte plasticity ）被认为是驱动 HCC 异质性及恶性进展的重要因素之一。在慢性肝损伤和肿瘤发生过程中，成熟肝细胞可以发生去分化和命运重编程，并获得胆管上皮细胞样特征。然而，驱动这一细胞命运转变的关键信号机制仍未完全阐明。

mTORC1 是调控细胞生 长、代谢及肿瘤发生的重要信号通路，其异常激活广泛存在于多种肿瘤中。 Tuberous sclerosis complex 1 （ TSC1 ）与 TSC2 形成复合物，是 mTORC1 的重要负调控因子。值得注意的是， TSC1 突变在人 HCC 中与更强的肿瘤侵袭性相关。转录因子 EB （ transcription factor EB ， TFEB ）则是调控溶酶体生物发生、自噬及细胞代谢的重要转录因子。经典模型认为，活化的 mTORC1 通过磷酸化 TFEB 使其滞留于细胞质，从而抑制 TFEB 的转录活性。因此，在 mTORC1 持续异常激活的肿瘤背景下， TFEB 如何被调控，以及这一过程是否参与肝细胞命运改变和 HCC 进展，仍有待进一步研究。

近日，美国堪萨斯大学医学中心丁文兴（Wen-Xing Ding）团队在Journal of Clinical Investigation在线发表题为Non-canonical mTORC1-TFEB activation promotes hepatocyte plasticity and high-grade malignancy in hepatocellular carcinoma的研究论文。该研究发现，肝细胞TSC1缺失导致经典mTORC1信号持续激活的同时，TFEB却反常地发生核转位和转录激活。进一步研究表明，异常激活的TFEB参与肝脏代谢重编程和肝细胞命运改变，并促进肿瘤异质性及高恶性程度HCC形成，从而揭示了连接mTORC1异常、肝细胞可塑性与HCC恶性进展的新机制。

为研究持续 mTORC1 激活在肝癌发生中的作用，研究人员利用肝细胞特异性 Tsc1 敲除（ L-Tsc1 KO ）小鼠进行研究。 Tsc1 缺失后， mTORC1 经典下游靶点 S6 和 4EBP1 磷酸化显著增加，证实 mTORC1 信号持续激活。然而，一个出乎预期的现象是， TFEB 并未按照经典模型受到抑制，反而出现明显的核转位和转录活性增强。这表明，在 TSC1 缺失的肝细胞中，经典 mTORC1 信号活化与 TFEB 抑制发生了解耦，形成了一种非经典的 mTORC1-TFEB 激活状态。

那么，这种反常的 TFEB 激活对于肝细胞意味着什么？

研究发现，随着 Tsc1 缺失持续存在，肝细胞发生了广泛的转录及代谢重编程。与此同时，成熟肝细胞身份也逐渐发生改变。肝细胞关键转录因子 HNF4 α表达降低，而与细胞命运重 编程密切相关的 YAP1 信号增强，并伴随着 SOX9 和 CK19 阳性的胆管上皮细胞样（ biliary epithelial cell-like ， BEC-like ）细胞增加。

这些变化提示， TSC1 缺失所导致的持续 mTORC1 异常不仅影响细胞生长和代谢，还可能使成熟肝细胞逐渐失去原有的细胞身份，进入具有更高可塑性的状态。尤其是 SOX9 和 CK19 等胆管谱系相关标志物的出现，进一步提示 Tsc1 缺失促进了肝细胞向 BEC-like 表型的命运转变。

为了确定 TFEB 是否是这一过程的关键功能介质，而非 TSC1 缺失后的伴随变化，研究人员进一步构建了肝细胞特异性 Tsc1 和 Tfeb 双敲除小鼠。结果发现，在 Tsc1 缺失的基础上进一步删除 Tfeb ，可以明显减弱 Tsc1 缺失诱导的代谢重编程，同时缓解肝细胞命运改变。

这一遗传学证据表明， TFEB 是连接 TSC1-mTORC1 异常信号、代谢重编程及肝细胞命运改变的重要功能节点。换言之，在 TSC1 缺失背景下， TFEB 的异常激活已经超越其传统的溶酶体和自噬调控功能，并参与了肝细胞身份及细胞命运的重塑。

更为重要的是，这一细胞命运变化最终与肝癌的恶性进展相联系。随着年龄增长， L-Tsc1 KO 小鼠在 8 – 12 月龄自发形成 HCC 。与单纯的肝细胞增殖不同，这些肿瘤表现出明显的细胞异质性，其中出现 SOX9 和 CK19 阳性的 BEC-like 细胞群，提示肿瘤形成过程中伴随着持续的细胞命运重编程。

而在 Tsc1 缺失背景下进一步删除 Tfeb ，则能够显著抑制肿瘤进展，并减弱相关的细胞命运改变。这进一步证明， TFEB 不仅参与 TSC1 缺失早期造成的代谢异常和肝细胞可塑性，也在后续肿瘤发生发展过程中发挥重要作用。

为了进一步明确这一机制在人 HCC 中的疾病相关性，研究人员分析了正常人肝组织和 HCC 组织，并结合人 HCC bulk RNA- seq 和 single-cell RNA- seq 数据进行研究。结果发现， TFEB 活性增强与 YAP 和 SOX9 相关基因程序呈显著关联。进一步分析显示， TFEB 活性升高与高组织学分级（ high-grade ）的恶性 HCC 密切相关。

这些结果与小鼠遗传模型中的发现相互印证，提示 TFEB 激活、肝细胞可塑性及 HCC 恶性程度之间存在紧密联系，并进一步支持异常 TFEB 活性可能参与人 HCC 的恶性进展。

综上，本研究揭示了 TSC1 缺失背景下一种非经典的 mTORC1-TFEB 调控模式。不同于传统认识中 mTORC1 活化抑制 TFEB ，肝细胞 TSC1 缺失导致经典 mTORC1 信号持续激活的同时， TFEB 却反常地发生核转位和转录激活。异常激活的 TFEB 进一步参与代谢重编程和肝细胞命运改变，并与 YAP/SOX9 相关细胞可塑性程序相联系，最终促进肿瘤异质性及高恶性程度 HCC 形成。

该研究具有以下几方面的重要意义：首先，研究揭示了在 TSC1 缺失背景下，经典 mTORC1 信号输出与 TFEB 调控之间存在非经典的解耦现象，进一步拓展了人们对于 mTORC1-TFEB 信号调控的认识；其次，通过 Tsc1/ Tfeb 双敲除模型，从遗传学层面证明 TFEB 是连接代谢重编程、肝细胞命运改变及肿瘤进展的重要功能节点；最后，小鼠模型与人 HCC 组织、 bulk 及 single-cell 转录组 数据之间的相互验证，进一步建立了 TFEB 相关细胞可塑性程序与高恶性程度 HCC 之间的疾病相关性。

因此，该研究将 mTORC1 异常信号、 TFEB 激活、代谢重编程、肝细胞可塑性以及 HCC 恶性进展连接为一个完整的病理生物学过程，不仅赋予 TFEB 在肝癌发生发展中超越传统溶酶体 / 自噬调控的新功能，也为理解 HCC 肿瘤异质性和高恶性表型的形成机制提供了新的理论依据。未来，针对 TFEB 抑制剂开展高通量筛选，或可为携带 TSC1 突变的特定 HCC 患者亚群提供新的潜在治疗策略。

张晨（ Chen Zhang ）博士为本文第一作者，丁文兴（ Wen-Xing Ding ）教授为本文通讯作者。

原文链接：https://doi.org/10.1172/jci206334

制版人：十一

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