STTT（IF81.2）| 打破果糖促癌固有认知！尹慧勇团队多组学揭示果糖经F1P-MPI轴抑制肝癌，老药ebselen或成新疗法！
2026-08-18
中科新生命
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果糖长期被视作现代饮食中的“健康刺客”，高果糖玉米糖浆的泛滥被指与肥胖、脂肪肝乃至结直肠癌等多种疾病相关。然而果糖与肝细胞癌（HCC）的关系却长期纠缠不清：大多动物实验显示高剂量果糖促癌，美国NIH-AARP等大规模人群队列却始终找不到果糖摄入升高肝癌风险的正相关证据，甚至在某些人群中呈反向关联。矛盾的症结藏在癌细胞自身——HCC进展过程悄悄丢失了的果糖代谢的关键酶ALDOB，提示肿瘤细胞发生了代谢重塑。但残存的果糖代谢能力究竟把果糖引向何处，一直没人能讲清楚。
2026年3月，中国科学院上海营养与健康研究所尹慧勇团队联合仲珊珊课题组，在《Signal Transduction and Targeted Therapy》在线发表题为“Fructose 1-phosphate inhibits mannose phosphate isomerase to suppress hepatocellular carcinogenesis”的研究，王永强、张向阳、王宁宁为共同一作。研究整合转录组、¹³C代谢流、空间转录组与单细胞测序等多组学手段，得到一个反直觉的结论：在ALDOB缺失的肝癌细胞中，膳食果糖非但不促癌，反而经其代谢中间体果糖-1-磷酸（F1P）竞争性结合并抑制甘露糖磷酸异构酶（MPI），破坏蛋白N-糖基化，触发不可逆的内质网应激与凋亡从而抑制肝细胞癌发生的新机制。
组学技术方法
¹³C₆-葡萄糖/果糖同位素示踪代谢流、代谢组学、转录组测序、空间转录组、scRNA-seq（inferCNV+Monocle拟时序）、Lip-MS有限酶切蛋白组
技术路线
1.分析TCGA LIHC与配对人HCC组织中果糖代谢基因表达，结合¹³C示踪确认癌细胞保留果糖代谢能力；
2.构建肝脏特异Aldob敲除小鼠，给予10%果糖饮水16周，观察HCC发生；
3.非靶向代谢组学定位F1P为关键积累代谢物，体内外验证F1P依赖KHK生成并抑制HCC；
4.转录组+TEM+凝集素印迹揭示F1P引发N-糖基化缺陷与内质网应激；
5.空间转录组与scRNA-seq刻画果糖代谢基因时空动态，锁定SLC2A2⁺KHK⁺ALDOB⁻亚群；
6.LiP-SMap+反向对接+分子对接+MST鉴定MPI为F1P直接靶点（Arg295）；
7.虚拟筛选约2000种FDA药物，发现ebselen为MPI抑制剂（IC50=0.12 μM），体内外验证抗HCC并与索拉非尼协同。
研究结果
1. 癌细胞“丢酶”却没丢尽，果糖代谢能力仍在？
团队先从TCGA LIHC队列和配对人HCC组织入手，发现果糖代谢基因SLC2A2（GLUT2）、KHK、ALDOB、TKFC在肿瘤中一致下调，糖酵解相关基因反而上调。42例配对组织做Western blot、182例组织芯片做IHC确认，ALDOB和KHK在肿瘤中显著低于癌旁，且ALDOB下降更早更猛——ALDOB从G1期就开始显著丢失，KHK要到G2期才明显下降。¹³C₆-葡萄糖及¹³C₆-果糖代谢流示踪实验表明，原代肝细胞优先代谢果糖，HCC细胞系（HepG2、Huh7、Hepa1-6）虽偏好葡萄糖，却仍保留可观的果糖代谢能力；人新鲜HCC组织同样如此。换言之，肝癌细胞只是“部分弃用”果糖，而非彻底丧失代谢能力，这为后续果糖抑癌留下了代谢入口。
图1 癌细胞果糖代谢基因下调但仍保留代谢能力
2. 果糖在ALDOB缺失小鼠中“反转”为抑癌因子
既然ALDOB丢失最早最彻底，团队构建了肝脏特异Aldob敲除（KO）小鼠，用DEN/CCl₄诱导HCC后给予10%果糖饮水16周。野生型小鼠中，果糖对体重、血糖、肿瘤发生率与ALT/AST均无显著影响；KO小鼠中，ALDOB丢失本身降低血糖、增加肿瘤数量和大小，但加果糖后肿瘤被显著抑制，仅剩罕见小灶。非靶向代谢组学结果提示F1P为上调最显著的代谢物，ATP/ADP/AMP则无明显变化，直接排除了“果糖耗竭ATP致瘤抑制”的旧解释。在Huh7KHK-C细胞和Hepa1-6Khk-c移植瘤中，果糖同样抑制增殖，KHK抑制剂PF-06835919可完全逆转；KO小鼠中果糖的抑瘤作用也被KHK抑制剂废除，F1P水平与肿瘤数量呈显著负相关（n=28）。孟德尔随机化分析同样支持F1P相关SNP与HCC风险呈反向关联。
图2 果糖依赖F1P积累抑制Aldob-KO小鼠HCC
3. F1P扯断N-糖基化，逼出“失控”的内质网应激
F1P如何杀死癌细胞？转录组分析显示未折叠蛋白反应（UPR）、内质网应激与N-糖基化通路显著富集。Western blot证实KO+果糖肿瘤中p-Perk、ATF4、CHOP与cleaved caspase-3上调，KHK抑制剂可逆转。TEM直接看到果糖处理后肿瘤组织和HCC细胞的内质网显著扩张。用ConA凝集素印迹检测发现，整体蛋白N-糖基化在KO+果糖肿瘤中全面下降，关键糖蛋白CD147、SEL1L、PSAP的N-糖基化也明显受损——而这些糖蛋白恰是HCC增殖所必需，敲低它们会抑制Huh7生长。与肿瘤常“利用”的轻度ER应激不同，F1P触发的是无法承受的应激，把细胞推向凋亡。
图3 F1P破坏N-糖基化并触发内质网应激与凋亡
4. 空间与单细胞测序：锁定“吃糖不裂解”的癌细胞亚群
为回答临床相关性，团队使用人HCC样本进行空间转录组与scRNA-seq检测。空转结果提示SLC2A2、KHK、ALDOB在肿瘤区均下调，且从肿瘤-正常边界向核心进行性下降，ALDOB降幅最大。scRNA-seq经inferCNV区分恶性与正常肝细胞后，Monocle拟时序显示恶性转化中三基因逐步下调，ALDOB最早丢失。最关键的发现是存在一群SLC2A2⁺KHK⁺ALDOB⁻的恶性亚群——它们能摄取并磷酸化果糖，却无法裂解F1P，恰好复刻了小鼠Aldob-KO的代谢处境，且富集ER应激与N-糖基化缺陷通路。这说明人肿瘤中确实存在可被果糖“反杀”的细胞群体，而非小鼠模型独有。
图4 果糖代谢基因时空动态与SLC2A2⁺KHK⁺ALDOB⁻亚群
5. F1P直击MPI的Arg295，卡断甘露糖供应线
为找F1P的直接靶点，团队用Lip-MS有限酶切蛋白组和反向docking双管齐下，交集命中ALDOB、KHK、PKM2、GKRP和MPI，其中MPI是调控F6P→M6P（N-糖基化前体）的关键酶，肝内约97%的M6P来自F6P，MPI突变会导致先天性糖基化障碍。分子对接与动力学模拟锁定Arg295为F1P结合关键残基——它也是F6P的结合位点，其R295H突变在临床致CDG。MST测得F1P对MPI的亲和力高于F6P，且不结合R295H突变体。酶活实验中F1P剂量依赖抑制MPI，结构近似的FBP和乳酸无效。¹³C示踪显示F1P减少葡萄糖向M6P、GDP-甘露糖的通量。给细胞补充50 μM甘露糖、或给小鼠饮水中加0.3%甘露糖，可绕过MPI阻断、逆转ER应激与抑瘤——反向证明F1P的作用确实经MPI。
图5 F1P竞争性结合MPI并抑制N-糖基化通量
6. MPI成癌依赖靶点，敲低或药物抑制均可抑癌
临床样本中，42例配对HCC组织的N-糖基化（SEL1L、CD147、PSAP）升高、F1P降低、M6P与GDP-甘露糖升高、MPI蛋白升高，且MPI与N-糖基化正相关。MPI在多种癌症中上调。敲低MPI减少Huh7细胞葡萄糖向M6P/GDP-甘露糖的通量、抑制增殖，可被甘露糖逆转；MPI抑制剂ML089或Mpi遗传敲低在裸鼠皮下移植瘤（Hepa1-6）中同样抑瘤。在RAS/c-Myc自发HCC小鼠中，Mpi敲低显著抑制HCC发生与进展，0.3%甘露糖饮水可逆转，伴随严重的ER应激与N-糖蛋白糖基化紊乱。这把MPI确立为HCC的代谢脆弱点，而不仅是一个体外酶。
图6 靶向MPI揭示HCC对N-糖基化的依赖
7. 老药ebselen精准复刻F1P，与索拉非尼协同
团队对约2000种FDA批准/临床试验药物做虚拟高通量筛选，以Tanimoto相似性比对，命中ebselen——结构与已知MPI抑制剂ML089相近，兼有抗炎抗氧化特性。分子对接显示ebselen结合MPI的Arg295与Gln110，R295H突变显著削弱结合。ebselen减少葡萄糖向M6P/GDP-甘露糖通量、抑制Huh7增殖并诱导ER应激，50 μM甘露糖可逆转。体内，ebselen在裸鼠移植瘤与自发HCC模型中均抑制肿瘤、无明显系统毒性，并升高ER应激、破坏N-糖基化；口服0.3%甘露糖可逆转其抑瘤作用。ebselen还与一线靶向药索拉非尼协同抑制HCC生长，并对多种高MPI表达癌细胞有效。为排除其抗氧化/抗铁死亡特性的干扰，团队证实铁死亡抑制剂Fer-1和抗氧化剂NAC都不能挽救ebselen的生长抑制，而ISR抑制剂ISRIB可逆转——确认ebselen是经MPI-ISR轴诱导凋亡，而非靠抗氧化“兼职”。
图7 ebselen靶向MPI抑制HCC并与索拉非尼协同
小结
这是一条被癌细胞自己踩中的代谢死穴！研究把“果糖与肝癌”的长期争议收束到一条清晰的代谢轴：ALDOB缺失—F1P积累—MPI抑制—N-糖基化受损—内质网应激—凋亡。它首次用多组学证明肝癌细胞并非完全放弃果糖，而是保留摄取与磷酸化、丢掉裂解能力，从而在果糖暴露下自食F1P积累的“毒果”；首次把MPI确定为F1P的直接效应靶点（Arg295），并把这种代谢脆弱性转化为可落地的治疗策略——老药ebselen以纳摩尔级IC50复刻F1P的抑癌作用，并与索拉非尼协同。对肝癌精准治疗而言，ALDOB缺失的肿瘤或可成为MPI干预的获益人群，ebselen已知的人体安全性也为快速进入临床肿瘤试验铺平道路！中科新生命可提供上述多组学服务，欢迎各位老师垂询~
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