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南京医科大学团队2026年4月份发表一区新研究,USP7 介导 KEAP1-NRF2-HMOX1 轴去泛素化通过抑制铁死亡增强非小细胞肺癌放疗抵抗性

2026-06-01 04:24:17

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导读

放疗抵抗是非小细胞肺癌（NSCLC）放疗失败的核心原因，铁死亡作为新型调控性细胞死亡，与肿瘤放疗敏感性密切相关，但 HMOX1 介导的铁死亡在 NSCLC 放疗抵抗中的调控机制尚未明确。本研究构建 H1650R/H1975R 放疗抵抗细胞模型，经转录组测序发现抵抗细胞中 HMOX1 显著下调。功能验证表明，HMOX1 过表达可通过诱导铁死亡增强放疗敏感性，敲低则加重放疗抵抗。机制上，去泛素化酶 USP7 通过切割 K48 位泛素链稳定 KEAP1，促进 NRF2 泛素化并抑制 HMOX1 转录。USP7 抑制剂 GNE-6640 可破坏 KEAP1 稳定性，激活 NRF2/HMOX1 轴并触发铁死亡，体内实验证实其与放疗联用可抑制肿瘤生长与肺转移。该研究揭示 USP7-KEAP1-NRF2-HMOX1 轴是 NSCLC 放疗抵抗关键调控轴，靶向 USP7 为克服放疗抵抗提供全新治疗策略。

Part.1

研究背景解读

非小细胞肺癌占肺癌总数约 85%，是全球癌症死亡主要诱因，放疗是其核心治疗手段，但固有与获得性放疗抵抗严重制约疗效，导致患者预后不佳。血红素氧合酶 1（HMOX1）是维持铁与活性氧稳态的关键分子，可特异性诱导肿瘤细胞铁死亡，但其与 NSCLC 放疗敏感性的关联尚未被探究。泛素特异性蛋白酶 7（USP7）作为重要去泛素化酶，参与肿瘤发生发展，但其在肺癌放疗抵抗中的作用与分子机制鲜有报道。铁死亡以铁依赖性脂质过氧化为特征，靶向铁死亡成为逆转肿瘤放疗抵抗的潜在方向，因此解析 HMOX1、USP7 与铁死亡在 NSCLC 放疗抵抗中的调控网络，对发掘放疗增敏新靶点具有重要临床意义。

Part.2

研究思路解析

该研究以NSCLC 放疗抵抗的分子机制为核心，遵循临床样本 — 细胞模型 — 分子机制 — 动物验证的递进研究思路：

放疗抵抗模型构建与靶基因筛选：建立 H1650R/H1975R 放疗抵抗细胞系，通过 RNA-seq 结合铁死亡相关基因数据库，筛选出关键靶基因 HMOX1。
HMOX1 功能验证：在细胞与动物水平，通过过表达 / 敲低 HMOX1，验证其对放疗敏感性、铁死亡、肿瘤生长及转移的调控作用。
上游调控通路解析：明确 KEAP1-NRF2 通路对 HMOX1 的转录调控，探究 KEAP1 蛋白稳定性的调控机制。
关键调控酶鉴定：通过质谱、免疫共沉淀等技术，鉴定 USP7 为 KEAP1 的去泛素化酶，阐明 USP7 调控 KEAP1-NRF2-HMOX1 轴的分子机制。
干预策略验证：使用 USP7 抑制剂 GNE-6640，在体内外验证其放疗增敏与抑制肿瘤进展的效果。
临床相关性验证：纳入 60 例 NSCLC 患者样本，分析 USP7、HMOX1 表达与放疗敏感性、患者预后的关联。

Part.3

主要研究结果展示

结果1：通HMOX1 是 NSCLC 放疗敏感性潜在标志物：放疗抵抗细胞中 HMOX1 表达显著下调，数据库分析显示高 HMOX1 表达与患者更好预后相关；过表达 HMOX1 可抑制放疗抵抗细胞存活，敲低则增强放疗抵抗。

结果2：HMOX1 通过诱导铁死亡逆转 NSCLC 放疗抵抗：HMOX1 过表达升高细胞内 Fe²+、MDA 与脂质 ROS 水平，激活铁死亡通路，抑制皮下肿瘤生长与肺转移；铁死亡抑制剂可逆转该效应，敲低 HMOX1 则抑制铁死亡并加重放疗抵抗。

结果3：HMOX1 受 KEAP1-NRF2 通路转录调控：放疗抵抗细胞中 KEAP1 蛋白水平升高、稳定性增强，NRF2 泛素化降解增加，核转位受抑，HMOX1 转录被抑制；KEAP1-NRF2 抑制剂 KI696 可恢复 NRF2 与 HMOX1 表达。

结果4：USP7 直接结合并去泛素化稳定 KEAP1：质谱与互作实验证实 USP7 与 KEAP1 直接结合，USP7 通过切割 KEAP1 的 K48 位泛素链增强其稳定性，催化失活突变体则无此作用；敲低 USP7 可促进 KEAP1 降解。

结果5：抑制 USP7 重激活铁死亡并恢复放疗敏感性：USP7 抑制剂 GNE-6640 可降低 KEAP1、升高 NRF2 与 HMOX1，触发铁死亡；体内实验显示 GNE-6640 与放疗联用，显著抑制肿瘤生长与肺转移。

结果6：USP7/HMOX1 与 NSCLC 放疗敏感性临床相关：临床样本中，放疗抵抗组织 USP7 高表达、HMOX1 低表达；USP7 高表达与放疗不敏感、肿瘤残留及患者不良预后显著相关。

Fig.1：HMOX1 被鉴定为非小细胞肺癌（NSCLC）中潜在的放射敏感性生物标志物

该研究首先成功构建了非小细胞肺癌（NSCLC）放射抗性细胞模型（H1650-R、H1975-R），验证了其放射抵抗表型（表现为照射后细胞存活分数升高、DNA 损伤标志物 γ-H2AX 表达降低及凋亡细胞减少）；随后通过 RNA 测序筛选、临床数据集（GSE31210）生存分析及 qRT-PCR、Western blot 验证，发现 HMOX1 在放射抗性 NSCLC 细胞中表达显著上调，且其高表达与患者不良预后相关，提示 HMOX1 可作为 NSCLC 潜在的放射敏感性生物标志物，为克服放射抵抗提供了新的研究靶点。

Fig.2：HMOX1 过表达在体内外抑制非小细胞肺癌放射抵抗并诱导铁死亡

该研究通过体内外实验证实，在非小细胞肺癌放射抗性细胞中过表达 HMOX1 可显著抑制细胞存活、降低细胞活力，并通过升高 Fe²⁺、MDA 水平，调控铁死亡相关蛋白（ACSL4、GPX4、FTH）表达，诱导铁死亡从而逆转放射抵抗；而铁死亡抑制剂 Ferrostatin-1 可阻断这一效应，动物实验也进一步验证了 HMOX1 过表达联合放疗能显著抑制肿瘤进展，表明 HMOX1 可通过诱导铁死亡增强放射抗性 NSCLC 细胞的放疗敏感性。

Fig.3：HMOX1 敲低在体内外增强非小细胞肺癌放射抵抗并抑制铁死亡

在非小细胞肺癌放射抗性细胞中敲低 HMOX1 可显著降低细胞内 Fe²⁺和 MDA 水平、调控铁死亡相关蛋白表达，抑制铁死亡并增强细胞的放射抵抗能力；而铁死亡诱导剂 Erastin 可逆转这一效应，动物实验也验证了 HMOX1 敲低会削弱放疗效果，进一步证实 HMOX1 的表达水平与 NSCLC 放射敏感性及铁死亡过程密切相关。

Fig.4：KEAP1-NRF2 通路调控 HMOX1 表达

在 NSCLC 放射抗性细胞中，KEAP1 的泛素化降解增强，导致其对 NRF2 的泛素化抑制作用减弱，NRF2 蛋白稳定性升高并入核，进而上调下游靶基因 HMOX1 的表达；而使用 KI696 抑制 KEAP1-NRF2 相互作用可阻断这一调控过程，表明 KEAP1-NRF2 通路通过调控 NRF2 的稳定性，直接介导了 HMOX1 在放射抗性 NSCLC 细胞中的高表达。

Fig.5：USP7 与 KEAP1 相互作用并维持 KEAP1 蛋白稳定性

该研究通过质谱、免疫共沉淀、共定位及分子对接等实验证实，USP7 可通过其 TRAF/CD 结构域与 KEAP1 的 BTB 结构域直接结合，且 USP7 的去泛素化酶活性（依赖 C223 位点）能显著维持 KEAP1 蛋白的稳定性，抑制其降解；敲低 USP7 或抑制其酶活会加速 KEAP1 的降解，表明 USP7 是调控 KEAP1 蛋白水平的关键分子伴侣，为 NSCLC 放射抵抗中 KEAP1-NRF2 通路的调控提供了新机制。

Fig.6：USP7 对 KEAP1 的去泛素化调控作用

该研究通过体内外泛素化实验证实，USP7 可通过其去泛素化酶活性直接去除 KEAP1 蛋白的 Lys48 位泛素链，抑制 KEAP1 的蛋白酶体降解，从而维持其蛋白稳定性；敲低 USP7 或抑制其酶活会显著增加 KEAP1 的 K48 位泛素化水平，加速其降解，表明 USP7 是 KEAP1 的关键去泛素化酶，通过调控 KEAP1 的泛素化修饰，在 NSCLC 放射抵抗相关的 KEAP1-NRF2-HMOX1 通路中发挥核心调控作用。

Fig.7：USP7 通过调控 KEAP1-NRF2-HMOX1 轴控制铁死亡与放射抵抗

该研究通过体内外实验证实，在 NSCLC 放射抗性细胞中 USP7 表达上调，其抑制剂 GNE-6640 可显著增加 KEAP1 的泛素化降解，抑制 NRF2 核转位及下游 HMOX1 的表达，进而升高细胞内 Fe²⁺和 MDA 水平、促进脂质过氧化，诱导铁死亡并逆转放射抵抗；动物实验也验证了 GNE-6640 联合放疗可显著抑制肿瘤增殖与进展，表明 USP7 通过调控 KEAP1-NRF2-HMOX1 轴，成为 NSCLC 放射抵抗和铁死亡的关键调控节点，靶向 USP7 是克服 NSCLC 放射抵抗的潜在治疗策略。