Glut1和MCT4协同促进透明细胞肾细胞癌（ccRCC）细胞增殖，并与糖酵解重编程及免疫相关改变相关

《Biochemical and Biophysical Research Communications》：Glut1 and MCT4 cooperatively promote ccRCC cell proliferation and are associated with glycolytic reprogramming and immune-related alterations

　　

•整合多组学与临床验证发现，在透明细胞肾细胞癌(ccRCC)中Glut1和MCT4存在协同上调。
•Glut1和MCT4表现出相互正调控，并共同驱动ccRCC细胞的增殖表型。
•Glut1-MCT4轴与糖酵解重编程、免疫相关改变及预测免疫治疗反应性相关。
•Glut1/MCT4相关糖酵解特征可改善预后分层，并可支持ccRCC的生物标志物导向管理。

引言

透明细胞肾细胞癌(ccRCC)是肾细胞癌中最常见的组织学亚型，逐渐被认为是受遗传改变以及显著代谢紊乱影响的一种疾病[1,2]。在实体瘤中，ccRCC特别值得注意的是其对有氧糖酵解的高度依赖，这种代谢表型支持快速增殖、适应缺氧应激以及在营养受限微环境中生存[3,4]。整合基因组、蛋白质基因组和代谢组学研究进一步表明，ccRCC表现出糖酵解、氧化代谢和营养利用的广泛重编程，强化了这种恶性肿瘤从根本上受代谢适应塑造的观点[5,6]。随着靶向治疗和免疫检查点阻断的临床应用不断扩大，人们对识别代谢决定因素的兴趣日益增长，这些决定因素不仅驱动肿瘤进展，还影响治疗反应产生的生物学背景。

与癌症相关的糖酵解的一个关键特征是即使在氧气充足的情况下，也倾向于优先将葡萄糖转化为乳酸，这通常被称为瓦博格效应[7,8]。对于透明细胞肾细胞癌(ccRCC)，这种特征与VHL（血管母细胞瘤综合征）功能的受损以及缺氧诱导通路的持续激活密切相关，两者共同提高了涉及葡萄糖摄取、糖酵解和乳酸转运的基因表达[4,9]。因此，ccRCC细胞维持高糖酵解通量，同时产生大量乳酸，从而需要协调系统来维持葡萄糖供应和乳酸外排，同时保持细胞内代谢稳态[10,11]。

在糖酵解-乳酸通路中，葡萄糖转运蛋白1(Glut1)和单羧酸转运蛋白4(MCT4)发挥两个互补的作用。Glut1作为关键的促进性葡萄糖转运蛋白，促进葡萄糖吸收并满足快速增殖肿瘤细胞的代谢需求[12]。MCT4是SLC16家族的质子偶联乳酸转运蛋白，优先在高糖酵解细胞中表达，介导乳酸外排，从而防止细胞内酸化并维持持续的糖酵解通量[10,11]。从概念上讲，这些蛋白质调控同一代谢过程的两端：Glut1为糖酵解输入提供燃料，而MCT4实现有效的乳酸清除。因此，它们的协同激活对于ccRCC等糖酵解依赖性为核心生物学特征的肿瘤可能尤为重要[11,13]。

此前研究表明，Glut1在多种人类癌症中显著过表达，且通常与严重的临床病理特征和不良临床结局相关[14,15]。在肾肿瘤中，糖酵解相关转运蛋白表达的增加也被发现与代谢重编程和疾病进展有关[14,16]。特别是MCT4，由于其与乳酸外排、糖酵解依赖性和不良临床结局的密切关联，在ccRCC中引起了相当大的关注[17,18]。功能研究进一步表明，靶向MCT4可能损害ccRCC中糖酵解适应性和肿瘤细胞存活[19,20]。然而，与MCT4相比，Glut1在ccRCC中的表达模式和生物学意义仍未得到系统表征。更重要的是，尽管Glut1和MCT4在同一代谢轴的互补步骤中发挥功能，但它们是否协同失调、功能偶联并共同促进ccRCC进展尚未明确。来自其他恶性肿瘤的证据表明，Glut1和MCT4的共表达与肿瘤侵袭性和生存不良相关[13]，但在ccRCC中是否存在类似的协作关系仍不清楚。

除了维持糖酵解通量外，以乳酸为中心的代谢重编程日益被认为是一个重要的肿瘤-免疫相互作用驱动因素。乳酸积累和细胞外酸化可以重塑肿瘤微环境，损害抗肿瘤免疫反应，并促进免疫逃逸[11,21]。最近的综述进一步强调了乳酸信号、肿瘤免疫和靶向富含乳酸微环境的潜在转化策略之间的密切关系[21,22]。这些问题在ccRCC中尤为重要，因为在ccRCC中免疫治疗现在发挥着主要的临床作用。然而，Glut1和MCT4相关代谢状态与免疫浸润模式、免疫检查点相关特征或潜在免疫治疗反应性之间的关联程度尚未明确。这代表了一个重要的空白，因为更好地了解代谢转运系统如何与免疫相关改变相交可能有助于生物标志物开发和治疗分层。

此外，许多先前的研究依赖于孤立的数据集或单一分子标志物，限制了确定这些代谢关联是否能在多个生物学层面上保持一致的能力。需要一种更整合的框架，将转录组模式、蛋白质组变化、单细胞定位、临床预后和功能表型连接在ccRCC进展的统一模型中。这种方法可能有助于区分Glut1和MCT4仅仅是糖酵解活性的平行指标，还是代表了一个具有更广泛机制和转化意义的协调轴。

为了解决这些空白，我们通过整合转录组、蛋白质组、代谢组和单细胞数据集，结合组织芯片验证和体外功能实验，系统研究了Glut1和MCT4在ccRCC中的表达模式、预后相关性、分子背景和生物学功能。我们进一步检验了这两种转运蛋白是否在功能上相关联，是否参与共享的糖酵解相关网络，以及它们的关联特征是否能改善预后评估。通过回答这些问题，本研究旨在阐明葡萄糖摄取和乳酸外排如何在ccRCC中协同组织，并为本疾病中肿瘤进展、免疫相关改变和潜在生物标志物导向干预提供代谢学指导框架。

数据获取与预处理

从TCGA-KIRC队列[23]获取了539例ccRCC肿瘤样本和72例邻近正常组织样本的RNA-seq表达数据及相应临床信息。将FPKM表达矩阵转换为每百万转录本数(TPM)并进行log2转换用于下游分析。为了补充单羧酸转运蛋白家族成员的分析，从A中提取了SLC2A1(Glut1)、SLC16A1(MCT1)、SLC16A7(MCT2)和SLC16A3(MCT4)的表达水平。

通过WGCNA鉴定到一个包含Glut1和MCT4的糖酵解相关粉色模块

为了探索与总生存期相关的基因共表达模块，并评估Glut1和MCT4是否参与ccRCC中的共享预后网络，基于TCGA队列进行了WGCNA分析。在网络构建过程中，系统评估了软阈值功率，最终选择β=6来近似无标度拓扑（图1A）。通过层次聚类，共鉴定出25个离散的基因共表达模块，并在聚类中进行了可视化。

讨论

透明细胞肾细胞癌(ccRCC)被广泛认为是一种代谢重编程的恶性肿瘤，增强的有氧糖酵解是其核心生物学特征[3,4]。在本研究中，整合的转录组、蛋白质组、代谢组、单细胞、组织芯片和功能分析显示，Glut1和MCT4在ccRCC中协同上调，嵌入共享的糖酵解相关网络中，并在ccRCC细胞中表现出相互表达变化。

结论

总之，我们的研究发现了一个与糖酵解重编程、细胞增殖、预后特征和免疫相关改变相关的协调Glut1-MCT4轴。联合敲低Glut1/MCT4对细胞增殖的抑制作用大于任何单一敲低，支持了联合靶向这些转运蛋白的潜在价值，但需要进一步的机制和体内验证。

CRediT作者贡献声明

Kun Cui: 撰写初稿，可视化，验证，形式化分析，数据整理，概念化。Yuzhi Zhu: 可视化，调查，形式化分析，数据整理，概念化。Yueli Ni: 调查，数据整理，概念化。Wenjing Liu: 调查，数据整理，概念化。Jiaojiao Xia: 调查，数据整理，概念化。Xiangjie Liu: 调查，数据整理，概念化。Yijian Sun: 调查。Qiuxin Duan:

伦理声明

已获所有参与者或其法定代表签署书面知情同意，同意参与本研究并发布文章。已尊重参与者的隐私权。

本研究包括器官或组织捐赠者。本研究包含人类生物材料，已获捐赠者或其近亲或法定代表同意，用于本研究及文章发布。本研究中使用的样本未来自已被处决者。

数据可用性

本研究期间分析的TCGA、ICGC、E-MTAB-1980、CPTAC和GEO数据集可从其各自的数据仓库公开获取。本研究期间生成或分析的所有其他数据均包含在本已发表的文章及其补充信息文件中。额外数据可根据合理请求从通讯作者处获取。

伦理审批与参与同意

本研究中人类组织芯片标本的使用已获相关伦理委员会根据机构伦理准则批准（编号：YBM-05-02）。对于临床样本分析，本研究按照《赫尔辛基宣言》的伦理原则进行。本研究已获昆明医科大学医学伦理委员会批准（批准编号：KMMU2025MEC016），并在此前获得所有参与者的书面知情同意。

发表同意

不适用。

数据可用性声明

支持本研究发现的可用数据可应要求从通讯作者处获取。

资金支持

本工作受国家自然科学基金（编号：82560591, 82460510, 82203565, 82103388, 31960145）、云南省应用研究基金（202201AY070001-011, 202201AY070001-043和202301AS07001）、昆明医科大学肿瘤代谢研究科技创新团队（CXTD202102）、云南省教育厅科研基金（2024J1603, 2025S004）支持。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文所报告工作的竞争财务利益或个人关系。

所有作者已审阅并批准此声明。

致谢

我们感谢并珍视我们的同事对本论文做出的宝贵努力和意见。

Kun Cui|Yuzhi Zhu|Yueli Ni|Wenjing Liu|Jiaojiao Xia|Xiangjie Liu|Yijian Sun|Qiuxin Duan|Yurong Dong|Ziyuan Bai|Dongmei Peng|Jinshan Zhang|Zhe Xu|Rong Che|Zhe Yang|Qiao Zhang