Nature Cell Biology：交大一附院韩苏夏教授课题组揭示铁死亡与肿瘤细胞放化疗敏感性新机制

2025 年 7 月 18 日，西安交通大学第一附属医院作为第一完成单位，由肿瘤放疗科韩苏夏教授团队主导完成重要研究成果《A ROS-mediated Oxidation-O-GlcNAcylation cascade governs ferroptosis》（活性氧介导的氧化和 O-糖基化级联反应调控铁死亡），在细胞生物学领域顶级期刊《Nature Cell Biology》发表。该研究首次揭示肝癌细胞通过 ROS-OGT-FOXK2-SLC7A11 信号轴抵抗放化疗的关键机制，为破解肿瘤治疗抵抗难题提供了全新干预靶点，标志着西安交通大学第一附属医院在肿瘤表观遗传调控领域取得突破性进展。

PART 01

研究背景

铁死亡（ferroptosis）是一种依赖铁离子积累和脂质过氧化的新型细胞死亡方式，与肿瘤发生和放化疗敏感性密切相关。尽管活性氧（ROS）被广泛认为在脂质过氧化及铁死亡中发挥关键作用，但癌细胞如何感知 ROS，并逆转药物诱导的细胞死亡（包括但不限于铁死亡）的机制仍不清楚。O-GlcNAc 糖基化是一种重要的翻译后修饰（PTM），由 O-GlcNAc 转移酶（OGT）将 UDP-GlcNAc 添加至靶蛋白的丝氨酸（Ser）或苏氨酸（Thr）残基上（1）。前不久，Ma Junfeng 团队和裴华东团队也合作发现 O-GlcNAc 修饰也可发生在蛋白质的酪氨酸残基（Tyr）上（2）。O-GlcNAc 修饰可动态调控基因转录、蛋白功能及稳定性，同时对营养状态和氧化应激具有感应作用，并广泛参与细胞中的关键信号通路和代谢调控（3）。已有研究表明，O-GlcNAc 修饰与铁死亡密切相关（4），但具体分子机制尚不清楚。

PART 02

OGT 作为氧化应激的感受器

前期研究发现，在铁死亡诱导或氧化应激条件下，肝癌细胞中 O-GlcNAc 修饰水平显著升高，然而 OGT 和 OGA 蛋白表达水平未发生明显变化，铁死亡也未影响 O-GlcNAc 供体分子 UDP-GlcNAc 的含量，提示 O-GlcNAc 修饰水平上升可能源于 OGT 酶活性的增强。进一步通过 LC-MS/MS 分析发现，活性氧（ROS）升高可氧化 OGT 催化结构域中保守的 Cys845 位点，形成亚磺酸化修饰。Cys845 的亚磺酸化修饰显著增强 OGT 的酶活性，从而促进底物蛋白的 O-GlcNAc 修饰。

PART 03

OGT 抑制铁死亡相关分子机制

进一步研究表明，OGT 通过促进 SLC7A11 的转录，增强细胞对胱氨酸的摄取，从而抵抗铁死亡。敲低 OGT 可显著下调 SLC7A11 的表达，而过表达 OGT 或抑制其去糖基化酶 OGA 则可增强 SLC7A11 的表达水平。功能研究显示，OGT 敲低可降低细胞对半胱氨酸的摄取，导致谷胱甘肽（GSH）含量下降，同时促进脂质过氧化物（ROS）的积累，从而增强细胞对 Erastin 的敏感性。机制研究进一步发现，OGT 通过 O-GlcNAc 修饰转录因子 FOXK2，增强其对 SLC7A11 的转录。LC-MS/MS 分析显示，FOXK2 在 Ser424 位点发生 O-GlcNAc 修饰，这一修饰促进其与核转运蛋白 importin α7/8 的相互作用，从而增强 FOXK2 的核定位能力。进入细胞核后的 FOXK2 可特异性结合于 SLC7A11 启动子区域，显著上调该胱氨酸转运体的表达，进而促进胱氨酸摄取、维持 GSH 合成、清除脂质 ROS，从而有效抑制铁死亡。

PART 04

OGT-FOXK2-SLC7A11 信号轴与肿瘤细胞放化疗抵抗

缺失 FOXK2 的 O-GlcNAc 修饰显著削弱其在体内外促进肝细胞癌（HCC）生长的能力。无论是敲除 FOXK2 还是表达不可被修饰的突变体（S424A），均可显著抑制小鼠移植瘤的生长；而铁死亡抑制剂 UAMC-3203 可部分逆转这一抑瘤效应。在临床样本中，肝细胞癌组织中 OGT、FOXK2 和 SLC7A11 的表达均明显上调，且 FOXK2 与 SLC7A11 蛋白水平、OGT 与 SLC7A11 蛋白水平呈显著正相关。此外，研究还发现，缺失 FOXK2 O-GlcNAc 修饰可增强细胞对 5-FU 和放疗的敏感性。在多种放化疗抵抗的 HCC 细胞模型中，ROS 水平、OGT 活性、FOXK2 O-GlcNAcylation 和 SLC7A11 表达均显著上调，提示 OGT–FOXK2–SLC7A11 信号轴在肿瘤细胞抵抗放化疗中起关键作用。

PART 05

结论

综上所述，本研究揭示在治疗抵抗的肝癌细胞中，OGT 被显著激活，并作为 ROS 的感应器，驱动 O-GlcNAc 信号增强。激活的 ROS–OGT–FOXK2–SLC7A11 信号轴通过抑制铁死亡，促进癌细胞放化疗抵抗。靶向该通路有望重新激活铁死亡，为克服肿瘤治疗抵抗提供全新策略。

本研究由西安交通大学第一附属医院韩苏夏教授团队主导完成样本分析与机制验证。西安交通大学第一附属医院博士研究生张赫萌为第一作者、马佳琳为共同第一作者，西安交通大学第一附属医院韩苏夏教授、乔治城大学医学中心裴华东教授、武汉大学人民医院李娟娟教授与张恒教授，以及乔治城大学医学中心马俊峰教授为共同通讯作者。乔治城大学的 Gary Kupfer 教授、Peng Yihan 博士等合作者也对本研究作出了重要贡献。

韩苏夏教授表示：「这项研究首次将氧化应激感应机制与表观遗传修饰调控网络相连接，为理解肿瘤放化疗抵抗提供了全新视角。团队将继续深化转化研究，推动基础发现向临床应用的跨越。」