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LGR5/mTORC2轴通过调控细胞代谢可塑性维持HCC肿瘤发生

12月18日

整理：肿瘤资讯

来源：肿瘤资讯

原发性肝癌是全球第四大癌症相关死亡原因，其中肝细胞癌（HCC）占据了绝大多数病例。尽管手术切除、肝移植及局部消融等治疗手段在早期肝癌中取得了一定疗效，但在中国，肝癌仍是第二大癌症致死原因，患者五年总体生存率不足20%。肿瘤复发和耐药性的产生，很大程度上归因于肿瘤干细胞（CSCs）或肿瘤起始细胞（TICs）的存在。这群细胞不仅具有自我更新和分化潜能，还能通过代谢重编程以适应肿瘤微环境中营养匮乏、缺氧等恶性应激条件，从而维持生存并驱动肿瘤进展。富含亮氨酸重复序列G蛋白偶联受体5（LGR5）作为Wnt信号通路的靶基因，已被确认为结直肠癌等多种肿瘤的干细胞标志物，但在肝癌中的具体功能及其调控代谢可塑性的机制尚不完全清楚。近期，发表于 Cancer Letters 的一项研究，深入剖析了LGR5在HCC代谢重编程中的核心作用，揭示了其通过非经典Wnt通路——即RAC1/mTORC2/AKT/FOXO3a信号轴调控糖酵解以抵抗代谢应激的新机制，并提出二甲双胍作为靶向该亚群细胞的潜在治疗策略。【肿瘤资讯】特整理该研究精华，以飨读者。

研究背景

代谢可塑性是癌细胞及肿瘤干细胞应对微环境压力的关键生存策略。与正常细胞主要依赖氧化磷酸化供能不同，癌细胞即使在氧气充足的情况下也倾向于通过糖酵解获取能量，这种代谢灵活性使其在营养剥夺条件下仍能维持恶性表型。LGR5 通常被认为是 Wnt 信号通路的增强子。既往研究表明，LGR5 标记了小鼠肝癌中的肿瘤起始细胞，并介导了化疗耐药。但在 HCC 的复杂微环境中，LGR5 是否独立于 Wnt 通路发挥其他功能，特别是在调节代谢适应性方面，尚属未知。此外，二甲双胍作为一种经典的降糖药，近年来被发现具有广谱抗肿瘤活性，其能否特异性靶向LGR5高表达的肝癌干细胞亚群，亦值得深入探究。本研究旨在阐明LGR5在HCC代谢重编程中的具体角色，解析其分子调控网络，并评估干预该通路的临床转化潜力。

研究方法

本研究采用了多层次、多模态的实验设计。首先，研究者通过挖掘HCCDB等公共数据库及收集临床HCC组织样本，利用qRT-PCR、免疫组化（IHC）和免疫荧光（IF）技术，全面评估LGR5在HCC中的表达谱及其与患者预后（总生存期OS、无病生存期DFS）的相关性。为验证LGR5的干细胞特性，研究者利用磁珠分选技术（MACS）分离LGR5阳性细胞，并通过体内极限稀释分析（LDA）、微球体形成实验及Transwell实验评估其自我更新、致瘤及侵袭转移能力。

在机制探索阶段，研究者构建了LGR5过表达及敲低稳转株，利用RNA测序筛选差异表达基因及富集通路。通过Seahorse细胞能量代谢分析系统，实时监测细胞外酸化率（ECAR）和耗氧率（OCR），并结合葡萄糖摄取、乳酸生成及ATP水平检测，系统评估LGR5对细胞代谢表型的影响，特别是在葡萄糖剥夺的应激条件下。分子机制方面，利用免疫共沉淀（Co-IP）和Western blot验证LGR5与RAC1的相互作用及其对mTORC1/2、AKT及FOXO3a磷酸化水平的调控。最后，通过裸鼠皮下移植瘤、原位肝癌模型及肺转移模型，评估二甲双胍及相关通路抑制剂在体内对LGR5驱动的肿瘤生长的抑制效果。

研究结果

LGR5在HCC中高表达并标记肿瘤干细胞亚群

研究首先确认，LGR5在HCC肿瘤组织中的表达显著高于癌旁组织，且高表达LGR5与患者的不良预后（OS和DFS缩短）密切相关，是HCC的独立危险因素（图1）。在细胞层面，LGR5阳性细胞与肝脏祖细胞标志物OV6高度共定位。功能实验显示，LGR5阳性亚群表达更高水平的干性基因，并在体内外表现出更强的致瘤性、自我更新能力及侵袭转移潜能。（图2）

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图1. Kaplan-Meier曲线表明高LGR5表达与较差的OS及DFS显著相关

图2. 过表达LGR5显著促进裸鼠皮下移植瘤生长

LGR5 诱导低葡萄糖条件下的有氧糖酵解

研究发现，在营养充足条件下，LGR5过表达对细胞增殖的促进作用并不显著；然而，在葡萄糖剥夺的代谢应激条件下，LGR5高表达细胞表现出显著的生存优势，凋亡率明显降低。代谢分析显示，LGR5过表达显著提升了细胞的葡萄糖摄取、乳酸产生及ATP生成。Seahorse分析进一步证实，LGR5高表达细胞的糖酵解能力和糖酵解储备均显著增强（图3）。使用糖酵解抑制剂2-DG可消除LGR5带来的生存优势，表明LGR5主要通过重塑糖酵解代谢来帮助肿瘤细胞适应营养匮乏环境。

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图3. Seahorse分析显示LGR5过表达显著增强了细胞的糖酵解功能及储备

LGR5通过RAC1/mTORC2/AKT/FOXO3a轴调控代谢

RNA-seq及GSEA富集分析提示mTOR信号通路在LGR5高表达细胞中显著激活。抑制剂筛选实验发现，mTORC1/2双重抑制剂（INK128）能有效阻断LGR5诱导的糖酵解和细胞迁移，而mTORC1特异性抑制剂雷帕霉素则无效，提示mTORC2在其中起主导作用（图4）。机制研究揭示，在代谢应激下，LGR5通过直接结合并招募小G蛋白RAC1，进而激活mTORC2复合物。活化的mTORC2磷酸化AKT（Ser473），随后AKT磷酸化转录因子FOXO3a，导致FOXO3a滞留于胞浆并失活，从而抑制了FOXO3a介导的细胞凋亡启动，维持了细胞生存和糖酵解能力。

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图4. LGR5通过RAC1/AKT/FOXO3a轴激活mTORC2以诱导有氧糖酵解

二甲双胍通过激活AMPK靶向LGR5高表达细胞

鉴于AMPK是细胞能量感受器且能负向调控mTOR通路，研究者发现LGR5高表达细胞中磷酸化AMPK水平显著降低。应用AMPK激动剂二甲双胍处理后，能够特异性地抑制LGR5高表达细胞的增殖、克隆形成及糖酵解能力，并诱导其凋亡。体内实验同样证实，二甲双胍能显著抑制LGR5过表达移植瘤的生长，且这种抑制作用依赖于AMPK的激活（在AMPK敲低后疗效消失）（图5）。这表明二甲双胍通过激活AMPK，拮抗LGR5/mTORC2信号轴，从而破坏肿瘤细胞的代谢适应性。

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图5. 二甲双胍在体内通过激活AMPK中和LGR5诱导的肿瘤生长

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机制模式图：在葡萄糖应激下，LGR5高表达细胞通过RAC1激活mTORC2-AKT通路，抑制FOXO3a入核，维持高水平糖酵解以促进生存；而二甲双胍通过激活AMPK阻断该通路，发挥抗肿瘤作用。

结论

本研究首次系统阐明了LGR5在肝细胞癌代谢重编程中的核心地位。研究证实，LGR5不仅是HCC干细胞的标志物，更是一个关键的功能驱动因子。在代谢应激条件下，LGR5通过募集RAC1激活mTORC2信号通路，进而磷酸化AKT并抑制FOXO3a，从而维持高水平的有氧糖酵解，赋予肿瘤细胞更强的生存和恶性进展能力。这一机制独立于经典的Wnt通路。更具临床意义的是，研究发现常用降糖药二甲双胍能够通过激活AMPK，有效拮抗LGR5介导的代谢适应性，特异性杀伤高表达LGR5的肿瘤干细胞。这一发现为靶向肝癌干细胞的代谢脆弱性提供了新的治疗策略，也为二甲双胍在肝癌辅助治疗中的应用提供了坚实的理论基础。

参考文献

Lv G, Zong Q, Wang L, et al. LGR5/mTORC2 axis regulates cellular metabolic plasticity to maintain tumorigenesis in hepatocellular carcinoma. Cancer Lett. 2025;28:217978. doi:10.1016/j.canlet.2025.217978

审批编号：CN-174673

过期日期：2026-12-12

声明：本材料由阿斯利康提供支持，仅供医疗卫生专业人士参考

责任编辑：肿瘤资讯-Skye
排版编辑：肿瘤资讯-sy