《Drug Resistance Updates》：Protein SUMOylation Confers Sorafenib Resistance in Human Hepatocellular Carcinoma via the Induction of PKM2-Mediated Glycolysis
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摘要索拉非尼耐药性仍是治疗肝细胞癌中的重大难题。通过体内CRISPR/Cas9筛选，我们发现蛋白质SUMO化是索拉非尼耐药性肝细胞癌肿瘤中富集的关键通路。在耐药性肿瘤和细胞系中，SUMO1的表达显著上调，其对索拉非尼敏感性的影响在体外和体内实验中均有所体现。蛋白质组学分析显示，S
摘要
索拉非尼耐药性仍是治疗肝细胞癌中的重大难题。通过体内CRISPR/Cas9筛选，我们发现蛋白质SUMO化是索拉非尼耐药性肝细胞癌肿瘤中富集的关键通路。在耐药性肿瘤和细胞系中，SUMO1的表达显著上调，其对索拉非尼敏感性的影响在体外和体内实验中均有所体现。蛋白质组学分析显示，SUMO1过表达会增强糖酵解作用，而代谢检测则证实，SUMO1高表达的细胞中细胞外酸化速率上升，氧气消耗速率下降。我们进一步确定PKM2是E3连接酶TRIM28介导的关键SUMO化靶标。PKM2的SUMO化会提升其酶活性，促进有氧糖酵解，进而导致索拉非尼耐药性。用化合物3k抑制PKM2可逆转糖酵解过程，恢复细胞对索拉非尼的敏感性。临床研究表明，SUMO化的PKM2在肝细胞癌肿瘤中高度表达，且与该肿瘤的糖酵解相关标志物及索拉非尼耐药性标志物表达相关。我们的研究揭示了驱动肝细胞癌糖酵解和索拉非尼耐药性的新型SUMO1–PKM2调控轴，为克服药物耐药性提供了潜在的治疗靶点。
引言
肝细胞癌是全球癌症相关死亡的主要原因之一，其恶性程度高，且往往在晚期才被诊断出来（Chan等人，2024b；Rimassa等人，2025）。十多年来，多激酶抑制剂索拉非尼作为不可切除肝细胞癌系统治疗的基石，通过靶向增殖和血管生成信号通路为患者带来生存益处（Shi等人，2025；Wu等人，2025）。然而，由于几乎不可避免地会出现治疗耐药性，索拉非尼的临床疗效受到极大限制，这会导致肿瘤进展，患者预后不佳（Ladd等人，2024；Pinter等人，2021；Wang等人，2025c）。这种获得性耐药性仍是肝细胞癌治疗中的关键障碍，因此亟需阐明肿瘤细胞逃避索拉非尼诱导死亡的分子机制。
肝细胞癌中索拉非尼耐药性的分子机制十分复杂，包括旁路信号通路的重新激活、上皮-间质转化、自噬以及代谢重编程等（Huang等人，2025；Liu等人，2025；Tang等人，2024；Wang等人，2025a；Yousef等人，2025）。其中，代谢重编程的一个典型特征是有氧糖酵解的增强——即瓦尔堡效应，它能为癌细胞提供生物合成前体，使其在药物作用下仍能存活（Krstic等人，2022；Wong等人，2020）。除了基因和转录层面的变化外，翻译后修饰也作为快速响应机制，调控蛋白质的功能、定位和稳定性以适应环境变化。E2F1的磷酸化会诱导NANOG表达，后者通过改变线粒体代谢，抑制氧化磷酸化并促进肿瘤起始细胞中的脂肪酸氧化，从而推动索拉非尼耐药性的产生（Chen等人，2016）。索拉非尼会降低Raf-1激酶抑制蛋白的稳定性，进而重新激活Raf/MEK/ERK信号通路，导致索拉非尼耐药性（Kim等人，2018）。索拉非尼治疗还会使PRMT6的水平下降或功能缺失，由于该蛋白无法对BAG5进行甲基化也无法降解HSC70，因此会促进保护性自噬，进而导致肝细胞癌细胞出现索拉非尼耐药性（Che等人，2021）。PRMT5与MEP50、WDR5结合后，会对组蛋白进行翻译后修饰，促使MYBL1介导ANGPT2的转录上调，从而促进肿瘤血管生成，增加肝细胞癌对索拉非尼的耐药性（Zhu等人，2022）。GPX4的丝氨酸2位点磷酸化会抑制索拉非尼诱导的铁死亡，而磷酸酶PP2A-B55β对其去磷酸化后，会通过p53从线粒体向细胞核传递死亡信号，进而引发细胞死亡（Qian等人，2023）。RNA结合蛋白RBMS3会促进TRIM21介导的ANGPT2的K48连接泛素化及降解，导致ANGPT2积累，降低细胞对索拉非尼的敏感性（Zhu等人，2025）。葡萄糖缺乏会诱导FUT1介导CD147、EGFR等糖蛋白的岩藻糖基化，进而激活AKT/mTOR/4EBP1信号通路，促进癌干细胞形成，增加肝细胞癌对索拉非尼的耐药性（Loong等人，2021）。这些研究发现都凸显了翻译后修饰在肝细胞癌索拉非尼耐药性形成中的作用。
在本研究中，我们在具有临床意义的原位肝细胞癌模型中，利用体内CRISPR/Cas9筛选平台，找到了索拉非尼耐药性形成的关键通路。随后，我们通过基因调控SUMO蛋白、全面的蛋白质组学分析以及功能代谢检测，阐明了SUMO化对细胞能量代谢的影响。此外，我们还通过靶向蛋白质相互作用研究和药物抑制实验，确定了具体的SUMO化底物及作用机制。因此，本研究旨在阐明翻译后修饰调控与耐药性肝细胞癌代谢适应之间的关联。
章节节选
临床样本
我们从中国上海OUTDO生物技术公司获得了人类肝癌组织微阵列（LivH180Su08），其中包含90对匹配的肝细胞癌样本，该公司同时提供了相应的临床和病理数据。所有组织采集工作均在获得受试者知情同意的前提下进行，并已按照既定的伦理准则获得上海当地医学机构审查委员会的批准。
CRISPR/Cas9筛选显示索拉非尼耐药性过程中存在蛋白质SUMO化
我们之前的研究建立了一种体内生成的索拉非尼耐药性肝细胞癌模型，该模型通过细胞自主和非细胞自主因素共同作用，诱导肝细胞癌肿瘤出现耐药性（Lu等人，2022；Lu等人，2023）。为了全面探究细胞机制如何导致肝细胞癌出现索拉非尼耐药性，我们在该模型中应用了体内CRISPR/Cas9筛选平台，采用了全基因组范围的CRISPR/Cas9 sgRNA文库筛选方法
讨论
索拉非尼耐药性的出现，是晚期肝细胞癌治疗中的关键临床难题（Lee等人，2021）。尽管已有包括代谢重编程在内的多种机制被提出，但调控这些适应性变化的上游分子事件仍未被完全阐明（Filali-Mouncef等人，2022；Lun等人，2024；Luo等人，2024；Xin等人，2024）。在本研究中，我们揭示了
CRediT作者贡献说明
魏柳雅：写作——审稿与编辑。陆远军：写作——初稿撰写、正式分析、数据整理。黄勤国：写作——审稿与编辑。袁鸿超：写作——初稿撰写、正式分析、数据整理。Fong Tung-Leong：写作——审稿与编辑。Kwok Chun-Fung：写作——审稿与编辑。冯泽欣：写作——审稿与编辑。王宁：写作——初稿撰写、正式分析、概念设计。吴俊宇：写作——审稿与编辑。陈哲生：写作——初稿撰写
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。
致谢
本项研究得到了以下机构的资金支持：深圳市自然科学基金（项目编号：JCYJ20240813113007011）、中国“千万人才工程”青年启航计划（王宁）、香港大学大学研究委员会（项目编号：109000349）、香港研究资助委员会（项目编号：17119621、17111424、17120225）、健康医疗研究基金（项目编号：21222151、19201591）以及创新科技基金
Hongchao Yuan|Yuanjun Lu|Zhuofeng Jiang|Yau-Tuen Chan|Junyu Wu|Zixin Feng|Lin Xu|Qiucheng Li|Pengde Lu|Chun-Fung Kwok|Tung-Leong Fong|Qinguo Huang|Liuya Wei|Yibin Feng|Zhe-Sheng Chen|Ning Wang
