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UDP-葡萄糖醛酸脱羧酶1（UXS1）通过加速KMT2D降解促进肝细胞癌免疫逃逸的研究报告

一、研究概况

本研究由复旦大学附属中山医院的张继伟（Jiwei Zhang）、李哲（Zhe Li）、丁振斌（Zhenbin Ding）及付秀涛（Xiutao Fu）等学者主导完成，研究团队还包括李源（Yuan Li）、陈佳峰（Jiafeng Chen）、马芬（Fen Ma）等多位合作者。该原创性研究成果于2026年7月8日在线发表于《Journal for ImmunoTherapy of Cancer》期刊，论文标题为“UDP-glucuronate decarboxylase 1 promotes tumor immune evasion by accelerating KMT2D loss in hepatocellular carcinoma”。

二、研究背景

原发性肝癌是全球第六大常见恶性肿瘤，也是癌症相关死亡的第三大原因，其中肝细胞癌（hepatocellular carcinoma, HCC）约占所有肝癌病例的90%。尽管以程序性细胞死亡蛋白1/程序性细胞死亡配体1（programmed cell death 1/programmed cell death ligand 1, PD-1/PD-L1）免疫检查点阻断（immune checkpoint blockade, ICB）疗法为代表的免疫治疗为肝细胞癌患者带来了新的希望，但临床实践中客观应答率往往不足20%，且缓解持续时间有限。肿瘤微环境中免疫抑制状态的形成、抗原呈递机制的受损以及免疫效应细胞功能失调等多种因素共同导致了免疫治疗耐药的发生。因此，深入解析肝细胞癌免疫逃逸的分子机制、寻找新的驱动因子和治疗靶点，对于提高免疫治疗疗效、改善患者生存预后具有至关重要的科学意义和临床价值。本研究旨在通过多组学整合分析策略，系统性地筛选肝细胞癌特异性的免疫相关生物标志物，并深入探究其功能机制。

三、研究流程与方法

本研究构建了一套多组学整合框架，系统性地开展了从标志物筛选到机制验证的全链条研究。首先，在标志物筛选与鉴定阶段，研究团队从CellMarker数据库获取了869个肝脏免疫相关分子标记物，利用55对肝细胞癌及癌旁组织的RNA测序数据（队列1），整合癌症基因组图谱（The Cancer Genome Atlas, TCGA）等多个公共转录组数据集，筛选出99个在肝细胞癌中差异表达的免疫相关基因（筛选标准：|log2 fold change|>1, p<0.05）。在此基础上，采用最小绝对收缩与选择算子（least absolute shrinkage and selection operator, LASSO）回归算法构建了一个诊断性免疫细胞特征模型（diagnostic immune-cell signature model, DIL），该模型在训练集中曲线下面积（area under the curve, AUC）达到0.998。进一步将该模型与临床蛋白质组肿瘤分析协作组（Clinical Proteomic Tumor Analysis Consortium, CPTAC）蛋白质组数据、PD-1耐药基因集及免疫治疗耐药基因集进行四维整合分析，最终锁定UDP-葡萄糖醛酸脱羧酶1（UDP-glucuronate decarboxylase 1, UXS1）为唯一在所有数据集中均出现的关键枢纽基因。

在表达验证与临床关联分析阶段，研究团队利用130对肝细胞癌临床样本（队列2及队列3）对UXS1的表达水平进行了mRNA及蛋白层面的验证，并分析了其与临床病理特征及预后的关系。在分子调控机制解析方面，研究者首先通过全基因组分析及甲基化分析探究了UXS1上调的原因，发现其受到拷贝数扩增（copy number variation, CNV）和MZF1转录因子驱动的启动子低甲基化双重调控。通过构建UXS1敲除（knockout, KO）和过表达（overexpression, OE）的肝细胞癌细胞系，结合体内异种移植瘤模型和原位移植瘤模型，证实了UXS1促进肝细胞癌恶性表型的功能。为探究该功能是否依赖其经典酶活性，研究者构建了系列酶活位点突变体，通过代谢示踪和功能实验证实其促癌作用不依赖于其催化UDP-葡萄糖醛酸生成UDP-木糖的经典代谢功能。在分子机制深层解析阶段，研究者通过免疫共沉淀（co-immunoprecipitation, co-IP）联合质谱（mass spectrometry, MS）技术鉴定出组蛋白赖氨酸N-甲基转移酶2D（histone-lysine n-methyltransferase 2d, KMT2D）为UXS1的关键相互作用蛋白。随后通过一系列泛素化实验、蛋白质稳定性实验（环己酰亚胺追逐试验）及蛋白酶体抑制实验，证实UXS1通过促进E3泛素连接酶F-box and WD repeat domain-containing 7（FBXW7）与KMT2D的结合，加速KMT2D的泛素-蛋白酶体途径降解。针对免疫逃逸机制，研究通过染色质免疫沉淀-定量PCR（chromatin immunoprecipitation-quantitative PCR, ChIP-qPCR）、荧光素酶报告基因检测、AlphaFold3分子对接及co-IP等实验，发现并验证了KMT2D作为非催化活性的分子支架，通过招募转录抑制因子CCAAT增强子结合蛋白β（CCAAT enhancer binding protein beta, CEBPB）至PD-L1启动子区域，维持对PD-L1的转录抑制；而UXS1介导的KMT2D降解则破坏了该抑制复合物，导致CEBPB解离，从而解除对PD-L1的转录抑制，上调PD-L1表达。

在免疫微环境与体内治疗验证阶段，研究团队利用UXS1敲除小鼠模型及单细胞RNA测序分析肝脏免疫细胞亚群变化；通过T细胞共培养体系及多种基因修饰小鼠模型（包括PD-L1敲除小鼠、NSG-MHC I/II双敲除小鼠等），结合皮下荷瘤、尾静脉注射及DEN-CCl4化学诱导成瘤等多种体内模型，系统验证了UXS1抑制CD8+ T细胞效应功能及联合抗PD-1治疗的协同增效作用。最后，研究通过对临床肝细胞癌样本的多重免疫荧光分析，验证了UXS1-KMT2D-PD-L1-CD8+ T细胞轴的临床相关性。

四、主要研究结果

研究结果显示，UXS1在肝细胞癌组织中显著高表达，且其高表达与肿瘤体积大、脉管侵犯及较差的总生存期和无进展生存期显著相关，可作为独立的预后预测因子。机制上，肝细胞癌中UXS1的异常高表达归因于其基因位点的拷贝数增加和启动子区域的低甲基化，后者由转录因子MZF1结合启动子CpG岛所介导。功能实验表明，UXS1是肝细胞癌的一个癌基因，可促进肿瘤细胞的增殖、克隆形成和侵袭转移。引人注目的是，通过构建并测试多个酶活位点突变体，研究发现UXS1的促癌功能不依赖于其将UDP-葡萄糖醛酸转化为UDP-木糖的经典酶活性。

在分子机制探索中，课题组鉴定出一个全新的UXS1-KMT2D-CEBPB-PD-L1信号轴。研究发现，UXS1蛋白可与E3连接酶FBXW7发生相互作用，并增强FBXW7与底物KMT2D的结合，从而促进KMT2D的泛素化修饰和经蛋白酶体途径降解。正常情况下，KMT2D作为支架蛋白，在PD-L1基因启动子区域招募转录抑制因子CEBPB，对PD-L1的转录发挥抑制作用。而UXS1通过降解KMT2D，破坏了KMT2D-CEBPB抑制复合物的完整性，导致CEBPB从PD-L1启动子上解离，最终解除了对PD-L1的转录抑制，导致PD-L1在肿瘤细胞表面表达上调。一系列精巧的回复性实验证实，KMT2D对PD-L1的抑制作用以及UXS1对PD-L1的上调作用，均依赖于CEBPB的存在。

体内研究进一步证实，肿瘤细胞中UXS1的缺失可显著增加肿瘤微环境中CD8+ T细胞（尤其是效应T细胞和耗竭T细胞前体）的浸润，并增强其分泌IFN-γ的效应功能。在治疗层面，UXS1敲除与抗PD-1抗体联合治疗在多个同系荷瘤小鼠模型中均展现出显著的协同抗肿瘤作用。通过构建肿瘤细胞特异性PD-L1敲除的回复模型，该研究确证了肿瘤细胞固有的PD-L1是UXS1驱动免疫逃逸的必要且充分条件。最终，对人肝细胞癌组织样本的分析确证了UXS1高表达区域伴随KMT2D蛋白降低、PD-L1高表达及CD8+ T细胞浸润减少这一空间分布规律。

五、结论与研究价值

本研究首次定义并完整阐明了“UXS1-KMT2D-CEBPB-PD-L1”这一全新的线性调控信号轴，揭示了糖基转移酶UXS1通过非经典酶活依赖的方式，经由表观遗传调控因子KMT2D的降解重编程，驱动肝细胞癌免疫逃逸的分子机制。这一发现不仅为理解肝细胞癌的免疫治疗耐药提供了新的机制性见解，也为开发克服免疫耐药的新型联合治疗策略提供了坚实的理论依据和潜在的药物干预靶点。临床上，UXS1有望成为一个预测免疫治疗疗效的新型生物标志物，用于指导肝细胞癌患者的精准分层治疗。

六、研究亮点

本研究的亮点主要体现在以下三个方面。第一，发现了糖基转移酶UXS1的一个全新的、不依赖于其经典代谢酶活性的促癌功能，极大地拓展了对该蛋白功能多样性的认知。第二，揭示了KMT2D作为支架蛋白发挥转录抑制功能的新机制，挑战了其仅作为组蛋白甲基转移酶激活基因转录的传统认知，阐明了其在特定基因座通过非催化方式招募转录抑制因子的全新调控模式。第三，成功建立了从多组学大数据筛选到深层机制解析，再到临床队列验证及临床前治疗模型评估的完整研究范式，为其临床转化奠定了扎实的实验基础。该研究为后续针对UXS1-KMT2D轴进行药物开发，以期与现有免疫检查点抑制剂联用增敏，提供了创新思路。