本文是由Macus Hao-Ran Bao（香港大学病理学系）和Carmen Chak-Lui Wong（香港大学病理学系及肝脏研究国家重点实验室）共同撰写，于2021年7月6日发表在细胞生物学期刊《Cells》上的一篇学术综述文章。文章的标题为“Hypoxia, Metabolic Reprogramming, and Drug Resistance in Liver Cancer”。这篇论文的核心议题是探讨肿瘤微环境中的缺氧（Hypoxia）现象如何通过诱导代谢重编程，从而导致肝细胞癌（Hepatocellular Carcinoma, HCC）对靶向治疗（如酪氨酸激酶抑制剂，TKIs）和免疫治疗（如免疫检查点抑制剂，ICIs）产生耐药性，并总结了基于此机制的潜在联合治疗策略。

主要观点阐述

第一，肝细胞癌（HCC）是高度缺氧的实体瘤，缺氧是其微环境的关键特征。 文章开篇即指出，缺氧是包括HCC在内的所有实体瘤的标志之一，而HCC是缺氧程度最高的恶性肿瘤之一。作者引用多项研究数据支持这一观点：例如，正常肝脏组织的氧分压（pO2）中位数为30 mmHg，而人类HCC肿瘤内部的pO2仅为6 mmHg；在大鼠HCC模型中，肿瘤组织的氧张力可低至0.2-0.8 mmHg。此外，多项免疫组化研究显示，缺氧标志物如缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）、葡萄糖转运蛋白1（GLUT1）、乳酸脱氢酶A（LDHA）和碳酸酐酶9（CA9）在人类HCC组织中的表达显著高于癌旁正常组织。缺氧的形成源于肿瘤血管生成异常导致的供氧不足以及癌细胞自身旺盛代谢活动导致的耗氧增加。值得注意的是，HCC的一些常规治疗手段，如经导管动脉栓塞术（TAE）和经导管动脉化疗栓塞术（TACE），以及靶向血管生成的TKIs（如索拉非尼），在抑制肿瘤的同时，会进一步加剧肿瘤内部的缺氧状态，形成一个治疗悖论。

第二，缺氧通过HIFs诱导广泛的代谢重编程，这是癌细胞适应低氧环境的核心机制。 在正常氧条件下（常氧），细胞主要通过氧化磷酸化高效产生能量。而在缺氧条件下，作为细胞感知和响应缺氧的“主调控因子”，缺氧诱导因子（HIFs，主要是HIF-1和HIF-2）被稳定并激活，进而转录调控大量下游基因，引发一系列代谢途径的改变：1） 激活糖酵解：HIFs上调葡萄糖转运蛋白（GLUT1/3）和己糖激酶2（HK2）等基因，促进葡萄糖摄取和糖酵解通量。2） 诱导乳酸代谢：HIFs上调乳酸脱氢酶A（LDHA）和单羧酸转运蛋白4（MCT4），促进丙酮酸转化为乳酸并分泌到细胞外。3） 抑制线粒体代谢：HIFs通过上调丙酮酸脱氢酶激酶1（PDK1）抑制丙酮酸进入三羧酸循环，并通过转换电子传递链复合物亚基（如NDUFA4L2, COX4-2）以及诱导miR-210等方式，降低线粒体活性、减少活性氧（ROS）产生。4） 激活丝氨酸合成通路（SSP）和叶酸循环：HIFs上调磷酸甘油酸脱氢酶（PHGDH）、丝氨酸羟甲基转移酶2（SHMT2）等基因，将糖酵解中间产物3-磷酸甘油酸导向丝氨酸合成，进而通过叶酸循环产生还原型辅酶Ⅱ（NADPH），以抵抗氧化应激。5） 激活腺苷能代谢：HIFs上调外核苷酸酶CD39/CD39L1和CD73，促进细胞外三磷酸腺苷（ATP）分解为腺苷，导致肿瘤微环境中免疫抑制性代谢物腺苷的积累。这些代谢改变共同构成了缺氧HCC细胞的生存适应策略。

第三，HIF介导的代谢重编程是导致HCC对TKIs（如索拉非尼）耐药的关键分子机制之一。 文章重点分析了代谢改变如何削弱TKI的疗效。以一线药物索拉非尼为例，其抗肿瘤作用部分依赖于诱导癌细胞产生氧化应激（ROS）。然而，缺氧通过HIFs触发的代谢重编程，恰恰旨在降低ROS水平：抑制线粒体代谢减少了ROS的产生源头；激活SSP/叶酸循环则增加了NADPH等抗氧化物质的合成，加强了ROS的清除能力。因此，这种代谢重塑直接对抗了索拉非尼的药理作用，导致耐药。支持这一观点的证据包括：索拉非尼耐药的HCC细胞系（如Huh-7R）表现出更高的葡萄糖摄取和乳酸产生（即糖酵解增强）；在HCC细胞中，PDK1（抑制线粒体代谢）和PHGDH（SSP关键酶）被鉴定为索拉非尼耐药的关键基因。临床前研究表明，使用代谢抑制剂（如糖酵解抑制剂2-DG、HK2抑制剂3-BP、PDK1抑制剂DCA、PHGDH抑制剂NCT-503）与索拉非尼联合治疗，能够有效逆转缺氧HCC细胞的耐药性，在体外诱导细胞凋亡和氧化应激，在体内抑制肿瘤生长。

第四，HIF介导的代谢重编程通过塑造免疫抑制性肿瘤微环境（TME），导致HCC对ICIs（如抗PD-1抗体）耐药。 文章详细阐述了缺氧代谢产物如何影响肿瘤免疫。1） 葡萄糖竞争：高糖酵解的癌细胞大量消耗微环境中的葡萄糖，导致CD8+ T细胞和自然杀伤（NK）细胞等抗肿瘤免疫细胞因“燃料”不足而功能耗竭，干扰素-γ（IFNγ）等效应分子产生减少。2） 乳酸积累：癌细胞分泌的大量乳酸具有多重免疫抑制作用：通过受体GPR81信号通路上调癌细胞自身的PD-L1表达；直接诱导CD8+ T细胞和NK细胞凋亡、抑制其增殖和细胞毒性功能；通过GPR132信号促进肿瘤相关巨噬细胞（TAM）向促肿瘤的M2表型极化；增加调节性T细胞（Treg）和髓源性抑制细胞（MDSC）等免疫抑制性细胞的比例。3） 腺苷积累：CD39/CD73将ATP代谢为腺苷，腺苷通过与免疫细胞上的A2A和A2B受体结合，广泛抑制CD8+ T细胞和NK细胞的活性，并促进MDSC扩增和M2型巨噬细胞极化。这些由缺氧代谢塑造的免疫抑制环境，严重阻碍了依赖于激活患者自身免疫系统的ICIs的疗效。研究表明，仅约20%的HCC患者对纳武利尤单抗（抗PD-1抗体）有反应。

第五，靶向缺氧诱导的代谢通路是克服HCC耐药性的有前景的联合治疗策略。 基于上述机制，文章系统总结了将代谢抑制剂与现有TKIs或ICIs联用的临床前证据，并展望了其转化前景。针对TKI耐药，联合使用靶向糖酵解（2-DG, 3-BP）、线粒体代谢（DCA）或SSP（NCT-503）的抑制剂，在多个研究中显示出与索拉非尼的协同抗肿瘤效应。针对ICI耐药，靶向乳酸代谢（MCT抑制剂、LDHA敲除）或腺苷能通路（CD39/CD73抑制剂、A2A/A2B受体拮抗剂）的策略，在临床前模型中能够改善肿瘤微环境的免疫状态，增强抗PD-1/PD-L1疗法的疗效。例如，作者所在团队的研究表明，CD39L1抑制剂POM-1与抗PD-1/抗CTLA-4抗体联用，可促进淋巴细胞浸润并抑制HCC小鼠模型的肿瘤生长。目前，抗CD39或抗CD73抗体与抗PD-L1抗体联合治疗晚期实体瘤的临床试验（NCT04261075）正在进行中。此外，文章还提到直接靶向HIFs本身的抑制剂（如HIF-1抑制剂地高辛、EF24，HIF-2抑制剂PT2385）以及通过CRISPR/Cas9筛选发现的HIF非依赖性缺氧生存关键基因（如线粒体膜蛋白合成酶PTPMT1），作为克服HCC耐药的新方向。

第六，文章指出了当前研究的空白和未来方向。 作者在结论部分强调，尽管对缺氧、代谢与索拉非尼耐药的关系研究较多，但对于其他已批准的HCC靶向药（如仑伐替尼、卡博替尼、瑞戈非尼、雷莫西尤单抗）的耐药机制是否涉及相同代谢途径，知之甚少。同样，靶向代谢以增强ICIs疗效在HCC中的临床前研究也尚不充分。此外，代谢抑制剂可能对免疫细胞自身代谢和功能产生副作用，因此确定联合治疗的合适治疗窗口至关重要。未来需要更多的转化医学研究来评估这些联合策略在HCC患者中的安全性与有效性。

总结与价值

这篇由Carmen Chak-Lui Wong团队撰写的综述，系统性地梳理和整合了近年来关于缺氧、代谢重编程与HCC耐药性领域的重要研究发现。其重要意义和价值在于：首先，它提供了一个清晰而深入的理论框架，将肿瘤微环境的物理特征（缺氧）、细胞的核心适应性反应（代谢重编程）与临床治疗失败（对TKIs和ICIs的获得性耐药）三者紧密联系起来，深刻揭示了HCC耐药性的底层生物学逻辑。其次，文章超越了简单的现象描述，深入到具体的分子通路和代谢酶，使针对耐药的干预策略变得有据可依、有靶可寻。最后，文章重点呈现的联合治疗策略为改善晚期HCC患者预后黯淡的现状带来了新的希望，直接推动了从“认识耐药”到“克服耐药”的转化医学思考，为后续的基础研究和临床试验设计指明了方向。因此，本文对于从事肝癌研究、肿瘤代谢研究和肿瘤免疫治疗研究的科研人员及临床医生而言，是一份极具参考价值的学术资料。