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本研究针对肝癌(HCC)系统治疗耐药这一临床难题，揭示了AKR1B1介导的代谢重编程关键机制。研究人员通过多组学分析发现耐药肝癌细胞呈现葡萄糖-脂质代谢和谷胱甘肽代谢通路的异常活化，首次构建了耐药肝癌代谢图谱，证实分泌型AKR1B1可作为耐药预测标志物和治疗靶点。临床批准药物依帕司他(epalrestat)与标准疗法联用可显著逆转耐药，为克服肝癌治疗瓶颈提供了新策略。
肝癌是全球癌症相关死亡的主要原因之一，而系统治疗耐药成为临床面临的重大挑战。尽管酪氨酸激酶抑制剂如仑伐替尼(lenvatinib)和索拉非尼(sorafenib)已成为晚期肝癌的一线治疗选择，但肿瘤细胞通过多种机制产生的耐药性导致治疗效果不佳。传统上，耐药机制主要归因于药物外排泵改变、信号通路失调等因素，但近年研究发现代谢重编程在耐药形成中扮演关键角色。代谢重编程使肿瘤细胞能够适应治疗压力，通过改变能量产生和生物合成途径来维持生存，然而其在肝癌耐药中的具体机制尚不明确。
北京清华长庚医院的研究团队在《Signal Transduction and Targeted Therapy》发表的研究中，通过建立耐药肝癌细胞模型，结合多组学分析和功能实验，系统阐明了AKR1B1介导的代谢重编程在肝癌耐药中的作用机制。研究人员采用的主要技术方法包括：建立仑伐替尼和索拉非尼耐药肝癌细胞系(Huh-7 LR和Huh-7 SR)；通过单细胞转录组测序和批量RNA测序分析基因表达谱；运用非靶向代谢组学和13C标记葡萄糖代谢流分析解析代谢变化；采用患者来源类器官(PDO)模型验证临床转化潜力；通过细胞示踪和纳米粒子追踪分析(NTA)研究外泌体介导的耐药传播。
代谢改变伴随肝癌耐药性发展
研究首先通过剂量递增法建立了稳定的耐药肝癌细胞系，证实其不仅对诱导药物产生耐药，还表现出对多种靶向药物和化疗药物的交叉耐药。在细胞来源异种移植(CDX)模型中，耐药肿瘤表现出持续的血管生成和代谢酶(GLUT1、FASN、CD36等)表达上调。临床样本分析显示，耐药患者肿瘤组织中这些代谢酶显著高于治疗敏感患者。
单细胞转录组测序揭示耐药细胞干性增强和代谢活性升高
转录组分析发现1292个基因在两种耐药细胞中共同上调，富集于代谢、外泌体生物发生和细胞外基质组织等通路。单细胞测序显示耐药细胞具有更高的干性水平，并可分为不同亚群。转录因子分析发现KLF4和CEBPG在耐药细胞中上调，调控代谢、细胞周期等过程。
耐药肝癌细胞的代谢重编程特征及其与耐药机制的关联
代谢组学显示耐药细胞中游离脂肪酸代谢、Warburg效应、谷氨酰胺代谢等通路显著改变。功能实验证实耐药细胞糖酵解活性、甘油三酯含量和脂滴积累明显增加，且耐药程度与脂滴含量呈正相关。整合分析构建了耐药肝癌细胞的代谢重编程图谱，发现谷胱甘肽代谢、TCA循环等通路活性显著增强。
敲低AKR1B1增强耐药肝癌细胞的药物敏感性
AKR1B1被鉴定为调控果糖代谢、戊糖磷酸途径和谷胱甘肽代谢的关键限速酶。耐药细胞中AKR1B1表达随耐药发展逐渐升高，且与IC50值正相关。临床样本显示治疗耐药患者血清和肿瘤组织中AKR1B1水平显著升高。敲低AKR1B1可逆转多药耐药表型，减少脂滴积累和脂肪酸氧化，抑制STAT3/SLC7A11/谷胱甘肽轴。
AKR1B1通过多途径增强肝癌细胞耐药性
研究发现FOSL2通过Wnt/β-catenin信号通路上调AKR1B1表达。AKR1B1通过调控能量代谢和氧化应激反应促进耐药，其分泌特性还介导了耐药性的细胞间传播。外泌体分析显示AKR1B1可通过纳米级囊泡(50-100nm)在细胞间转移。
AKR1B1介导耐药传播并与不良预后相关
治疗前AKR1B1高表达的肝癌患者更易发生原发性耐药。TCGA数据分析显示iCluster_3亚型中AKR1B1高表达患者生存期显著缩短。过表达AKR1B1可诱导敏感细胞获得耐药特性，伴随脂滴积累和谷胱甘肽通路激活。
AKR1B1抑制剂依帕司他在逆转肝癌耐药中的临床转化潜力
临床已批准的AKR1B1抑制剂依帕司他(epalrestat)与仑伐替尼联用显示出显著协同效应(CI<1)。在PDO模型中，该组合策略有效抑制了类器官生长并诱导细胞死亡。
这项研究系统阐明了代谢重编程在肝癌耐药形成中的关键作用，首次将AKR1B1确定为耐药核心调控因子。研究发现AKR1B1具有双重功能：既通过调节葡萄糖-脂质代谢增加能量供应，又通过调控氧化磷酸化增强细胞应激抵抗能力。作为分泌蛋白，AKR1B1既可作耐药预测标志物，又能介导耐药传播。最重要的是，研究提出了将已批准药物依帕司他重新用于克服肝癌耐药的临床转化策略，为改善晚期肝癌治疗效果提供了切实可行的解决方案。该成果不仅深化了对肝癌耐药机制的理解，也为开发新型联合治疗方案奠定了理论基础。
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