2025 年 12 月 10 日晚 19 时，黄波课题组本学期第七次 Journal Club 活动如期举行。24 级直博生慕悦瑞作为主讲人，带大家深入剖析了德克萨斯大学西南医学中心 Hao Zhu 教授团队于 2025 年 11 月 6 日发表在《Science》的重磅研究 ——《The origin of hepatocellular carcinoma depends on metabolic zonation》。这项研究打破了 “肝癌仅由基因突变驱动” 的传统认知，证实肝细胞所处的代谢微环境同样关键，尤其中央静脉周围的 Zone 3 肝细胞，凭借独特的抗氧化能力与铁死亡抵抗性，更易成为肿瘤起源细胞。汇报结束后，课题组围绕 “肝癌发生与代谢微环境中的铁死亡调控” 展开热烈研讨，碰撞出丰富的学术思考。

慕悦瑞首先从肝脏的结构特性切入，点明肝脏并非 “均质器官”—— 以肝小叶为基本单位，肝细胞沿着门静脉（PT）到中央静脉（CV）的轴线分布，形成了功能与基因表达截然不同的 “代谢分区”。其中，Zone 1（门静脉周围区）氧气和营养最充足，主打糖异生、β- 氧化等需氧耗能代谢；而 Zone 3（中央静脉周围区）相对缺氧，既是细胞色素 P450 酶系富集的药物代谢中心，也是脂质合成、糖酵解的主要场所，天然承受着更高的氧化应激压力。而研究的核心矛盾正源于此：在肝硬化或慢性肝损伤的肝脏中，虽存在大量携带 TP53、CTNNB1（β-catenin）等强致癌突变的细胞克隆，但这些克隆并非都会发展成肿瘤。“除了基因突变本身，肝细胞在肝小叶中的‘位置’—— 是 Zone 1 还是 Zone 3，是否会决定它的癌变命运？” 慕悦瑞抛出的这个科学问题，正是 Hao Zhu 团队此次攻关的核心。

过去，由于缺乏能特异性标记和追踪不同区域突变细胞的遗传学工具，这一问题始终悬而未决。慕悦瑞介绍，Hao Zhu 团队的关键突破在于开发了区域特异性 CreER 小鼠模型，实现了对突变细胞的时空精准掌控。团队选择肝癌中高频共现的 “Ctnnb1 激活突变 + Arid2 缺失突变” 组合（TCGA 数据库证实二者在人类肝癌中显著共发生），构建了三套精细实验体系：用 Gls2-CreERT2 仅在 Zone 1 肝细胞诱导双突变，用 Cyp1a2-CreERT2 仅在 Zone 3 肝细胞诱导相同突变，同时引入 Rosa26-LSL-tdTomato 荧光报告基因，并以 Ctnnb1 激活后异位表达的谷氨酰胺合成酶（GS/GLUL）为标记，让研究人员能在数月内动态追踪突变克隆的命运。

诱导突变后的观察结果，呈现出鲜明的 “时空差异”。早期（1-6 个月）时，Zone 1 的突变 GS + 肝细胞克隆 “长势喜人”，数量稳定增加且占据显著肝脏面积，EdU、Ki67 染色显示其增殖能力远超野生型细胞；可 Zone 3 的相同突变细胞却遭遇 “生存危机”，克隆频率持续下降，多数在与野生型细胞的竞争中被淘汰，单细胞核测序也证实 Zone 3 双突变细胞比例远低于 Zone 1。但当观察周期延长至 6-12 个月、等待肿瘤形成时，命运却发生了戏剧性反转：尽管早期克隆大量丢失，Zone 3 模型小鼠最终发展出肝癌的比例高达 90%（38/42），平均每只小鼠有近 10 个肉眼可见的肿瘤结节，且绝大多数是高度恶性的肝细胞癌（HCC）；而 Zone 1 模型小鼠仅 59% 长出肿瘤，平均肿瘤数仅约 3 个，且多数病变停留在良性克隆扩张或早期阶段。“这揭示了一个深刻的生物学悖论：细胞的克隆扩张能力，不等于它的致癌潜能。” 慕悦瑞强调，Zone 3 的苛刻微环境看似在 “淘汰” 突变细胞，实则筛选出了最具恶性潜能的 “种子”，甚至可能直接催化了恶性转化。

为解开这一谜题，团队先对比了 Zone 1 和 Zone 3 来源肿瘤的转录组，却发现成瘤后二者特征趋于一致 —— 这意味着决定命运的关键不在成瘤后，而在肿瘤起始阶段的微环境差异。于是，研究人员将目光转向正常肝细胞的区域特异性基因，筛选出 11 个在 Zone 3 高表达的代谢基因，通过 CRISPR-Cas9 逐一敲除验证。结果显示，敲除 Gstm2 或 Gstm3（均为 Zone 3 高表达基因）能显著抑制肝癌形成，全身性 Gstm3 敲除小鼠的肿瘤负荷也大幅降低；反之，在不易致癌的 Zone 1 细胞中异位过表达 GSTM3，不仅增加了 Zone 1 来源的肿瘤数量，还改变了肿瘤起源偏好 —— 这一系列 “功能缺失” 与 “功能获得” 实验，直接确立了 GSTM3 作为 Zone 3 特异性促癌因子的核心地位。

慕悦瑞进一步拆解了 GSTM3 的促癌机制：作为二相解毒酶，GSTM3 （谷胱甘肽S-转移酶 M3）在 Zone 3 的特殊环境中被赋予了新使命。Zone 3 是药物代谢和脂质合成的核心区域，天然积累高浓度的活性氧（ROS）和脂质过氧化物；而致癌突变（如 CTNNB1/MYC 激活）会进一步加剧细胞氧化应激，使癌前细胞处于铁死亡的边缘。此时，GSTM3 通过减少脂质过氧化（4HNE 水平下降）、提高谷胱甘肽（GSH）水平，帮助细胞抵抗铁死亡；更关键的是，在 Gstm3 敲除小鼠中，过表达抗铁死亡蛋白 FSP1（不依赖谷胱甘肽的铁死亡抑制因子），可完全恢复肿瘤形成 —— 这直接证实，GSTM3 正是通过抵抗铁死亡，为癌细胞 “渡劫”。

这项机制研究还带来了重要的临床启示。团队发现，临床常用利尿剂依他尼酸（EA）—— 同时也是广谱 GST 家族抑制剂，能有效抑制肝癌发生：在注射致癌质粒前后短期用 EA 处理，小鼠微小肿瘤面积减少 4 倍，机制是 EA 能升高肝脏 ROS 水平、增强癌细胞对铁死亡的敏感性。更重要的是，EA 的抑制作用主要集中在肿瘤起始阶段，提示其作为 “化学预防药物” 的潜力 —— 对 Zone 3 损伤严重的肝癌高危人群，针对代谢分区的干预，可能比靶向特定基因突变的治疗更有效。

慕悦瑞总结时指出，这项研究是肿瘤异质性领域的里程碑，从四个维度重塑了我们对癌症发生的认知：一是 “位置即命运”，代谢微环境（“土壤”）对致癌突变（“种子”）的结局起决定作用；二是克隆扩张不等于恶性转化，Zone 1 中 “长势好” 的突变克隆可能只是 “良性过客”，Zone 3 中 “挣扎存活” 的才是 “致命元凶”；三是铁死亡是把双刃剑，本为机体清除异常细胞的机制，却被 Zone 3 细胞通过 GSTM3 “破解”，反而成为促癌帮凶；四是靶向代谢分区特异性分子（如 GSTM3）或调节铁死亡，可能成为肝癌防治的全新策略。

这番总结点燃了现场讨论热情。周楠楠老师、庞建峰、卢振东及其他同学围绕区域特异性敲除小鼠的构建细节，GSTM3 筛选的严谨性，体内 CRISPR 筛选的技术要点，研究核心创新点与转化落地难点等问题深入交流，慕悦瑞结合论文数据与领域内常用技术逻辑逐一回应，让大家对 “代谢微环境如何影响肿瘤起源” 有了更立体的理解。

这项研究提醒我们，设计癌症策略不能只看基因组测序，必须考虑代谢微环境的空间异质性。正如黄波教授总是提及的，未来肿瘤的精准医疗，目光不但是聚焦到 “某一个基因突变的治疗”，更是要站在更高处，看到 “针对器官区域甚至全身系统的治疗”—— 而这场 JC 的深入解读与研讨，也为课题组后续相关研究提供了宝贵思路。