基于生物信息学分析揭示ACSL4介导的铁死亡在肝细胞癌与2型糖尿病共病中的关键作用

为解决铁死亡与肝细胞癌(HCC)及2型糖尿病(T2DM)共病的机制关联问题，上海交通大学医学院公共卫生学院团队通过生物信息学分析筛选出23个差异表达基因(DEGs)，发现ACSL4是调控铁死亡的关键基因。研究结合WGCNA、ROC曲线分析及体外细胞实验，证实ACSL4在脂质代谢和氧化应激中的核心作用，为两种疾病的联合治疗提供新靶点。

　　

肝细胞癌（HCC）和2型糖尿病（T2DM）是全球范围内严重的健康威胁，两者在发病机制上存在复杂的交互关系。近年来，铁死亡（Ferroptosis）——一种铁依赖性的程序性细胞死亡方式，因其与脂质过氧化和代谢紊乱的关联而备受关注。铁死亡的特征包括铁离子积累、谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）活性降低及活性氧（ROS）爆发，这些过程在HCC的肿瘤微环境和T2DM的胰岛素抵抗中均扮演关键角色。然而，铁死亡如何同时参与这两种疾病的进展，其分子机制尚未明确。此外，临床数据显示，T2DM患者合并HCC的风险显著升高，但缺乏有效的早期诊断标志物和联合治疗策略。

上海交通大学医学院公共卫生学院的研究团队通过整合生物信息学分析和实验验证，首次系统探索了铁死亡相关基因在HCC与T2DM共病中的作用。研究利用基因表达综合数据库（GEO）的HCC（GSE136247）和T2DM（GSE23343）数据集，通过差异表达分析、加权基因共表达网络分析（WGCNA）和蛋白互作网络（PPI）筛选关键基因，并结合体外细胞模型验证其功能。

研究主要采用以下技术方法：1）基于GEO数据库的差异表达基因（DEGs）筛选（limma包，|log₂FC|≥1，p<0.05）；2）WGCNA构建共表达模块并关联疾病表型；3）基因本体（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析；4）受试者工作特征（ROC）曲线评估基因诊断价值；5）体外胰岛素抵抗模型（HepG2细胞棕榈酸处理）结合油红O染色和实时定量PCR（RT-qPCR）验证基因功能。

3.1 Identification of DEGs
通过火山图和热图分析，在T2DM和HCC数据集中分别鉴定出1257个和650个DEGs，其中23个基因在两种疾病中共同差异表达，提示这些基因可能参与共病机制。

3.2 PPI network construction
STRING和GeneMANIA数据库分析显示，23个共同DEGs中66.03%存在共表达关系，核心基因如ACSL4与铁死亡通路高度关联。

3.3 Functional enrichment analysis
GO分析揭示DEGs显著富集于含硫化合物代谢和葡萄糖转运等生物学过程；KEGG通路分析则突出铁死亡和过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）信号通路的重要性，后者是调控脂质代谢和炎症反应的关键。

3.4 Identify genes with high disease relevance
WGCNA筛选出与T2DM最相关的Darkseagreen4模块和与HCC相关的black模块，进一步锁定6个核心基因。

3.5 Screening the key DEG
交叉分析发现ACSL4是唯一同时属于DEGs、WGCNA关键模块和铁死亡相关基因的靶点。TCGA数据验证ACSL4在HCC组织中显著高表达，且与肿瘤分级和分期正相关。

3.6 Validation using disease datasets and in vitro HepG2 cells
ROC曲线显示ACSL4对HCC（AUC=0.886）和T2DM（AUC=0.745）具有良好诊断效能。体外实验中，棕榈酸（PA）诱导的HepG2细胞出现胰岛素抵抗表型，伴随ACSL4表达上调和脂滴积累，证实其在代谢紊乱中的调控作用。

研究结论表明，ACSL4通过促进长链多不饱和脂肪酸（PUFA）酯化为膜磷脂（如磷脂酰乙醇胺PE），加剧脂质过氧化和铁死亡，从而驱动HCC进展和T2DM的胰岛素抵抗。这一发现不仅揭示了两种疾病的共同分子机制，还为开发靶向ACSL4的联合治疗策略提供了理论依据。例如，调控ACSL4活性可能同时抑制肿瘤生长和改善糖代谢，具有重要的转化医学价值。

讨论部分指出，尽管研究通过多组学分析和细胞实验提供了有力证据，但仍需动物模型和临床样本进一步验证ACSL4的调控机制。此外，铁死亡与其他细胞死亡方式（如凋亡、坏死性凋亡）的交互作用，以及ACSL4在不同组织中的特异性功能，将是未来研究的重点方向。该成果发表于《Discover Oncology》，为代谢性疾病与肿瘤的共病研究开辟了新视角。