2025年9月，来自天津医科大学牛瑞芳/张飞团队，在国际顶级期刊 Gut（IF：25.8）在线发表题为“Fructose drives colorectal cancer progression by  regulating crosstalk between cancer-associated  fibroblasts and tumour cells“的文章。研究整合了代谢组学、转录组学、单细胞转录组测序学等多组学技术，结合体外实验、小鼠模型和临床样本分析，揭示了fructose在结直肠癌（CRC）进展中的新机制。研究发现，fructose不仅直接促进肿瘤细胞恶性行为，还通过调控癌症相关成纤维细胞（CAFs）的代谢重编程，建立了一个双向的肿瘤-基质串扰循环，从而加速癌症进展。诺禾致源为该项目提供了代谢组学、转录组学及单细胞转录组学测序服务。

研究背景

结直肠癌是全球高发恶性肿瘤，其发病率和死亡率持续上升。肿瘤代谢重编程是癌症的核心特征之一，使癌细胞能够适应营养匮乏的微环境。果糖（Fructose）作为一种常见膳食单糖，近年被发现在多种癌症中可作为替代能源，通过特异性转运蛋白GLUT5被细胞摄取。然而，fructose对肿瘤微环境（TME）中基质细胞（尤其是CAFs）的影响尚不明确。CAFs是TME中的关键组分，通过分泌因子和代谢交互促进肿瘤进展。本研究旨在填补这一空白，探索fructose如何通过调节CAFs与肿瘤细胞的串扰驱动CRC发展。

研究思路

主要结论

1.临床样本验证果糖代谢的临床意义

通过免疫组化（IHC）染色检测了473例结直肠癌组织中GLUT5的表达，发现GLUT5在肿瘤细胞中高表达与患者不良预后显著相关；KMplot数据显示，编码GLUT5的SLC2A5信使RNA（mRNA）水平与结直肠癌患者的总生存期和无复发生存期均相关。这些临床发现表明肿瘤细胞对果糖的摄取促进了结直肠癌的进展。随后通过体外实验验证肿瘤细胞可利用果糖维持增殖并促进迁移，GLUT5抑制剂(2,5-AM)或KHK抑制剂可逆转此效应。

2.CAFs中GLUT5表达的特征与功能

为了验证果糖对CAF的作用，研究者构建了多种来源的CAF模型，包括人源CAF（hCAF）、CT26小鼠异种移植瘤来源CAF（mCAF）以及体外诱导的CAF(3T3)/CAF（MEF）模型。实验结果显示，果糖以剂量依赖性方式促进细胞活力，提高了CAF在缺糖条件下的存活率，增殖与迁移；同时上调α-SMA与FSP-1表达。进一步的转录组数据揭示了果糖在CAFs中的信号效应。

研究者对CAF(3T3)细胞进行RNA-seq分析，筛选出果糖处理后上调最显著的前50个基因。结果表明，这些基因不仅在不同类型的CAF中一致上调，在CRC组织整体水平上也呈现普遍升高趋势。

图1 结直肠癌组织中的CAFs表达GLUT5，并介导果糖诱导的CAFs增殖和迁移

3.果糖对CAFs代谢表型的重编程

通过Seahorse能量代谢分析发现，果糖增强CAFs的线粒体氧化磷酸化，显著提升ATP产量。使用GLUT5抑制剂(2,5-AM)或KHK抑制剂可逆转果糖诱导的ATP增加，而GLUT5过表达则进一步强化该效应，证实果糖代谢依赖GLUT5介导的摄取途径。

图2 果糖会影响CAF的代谢表型

进一步通过[U-13C]标记实验揭示，果糖可同时通过糖酵解和TCA循环被CAFs代谢，且GLUT5过表达显著提升果糖代谢通量。在葡萄糖共存条件下，果糖代谢仍持续进行但速率降低，反之葡萄糖代谢也受果糖抑制，表现为培养基葡萄糖消耗减少，说明两种糖代谢存在相互抑制。综上，果糖通过GLUT5被CAFs摄取后，优先驱动OXPHOS途径提升能量供应，其代谢灵活性使CAFs能在葡萄糖受限的肿瘤微环境中维持功能活性，为靶向果糖代谢的肿瘤治疗策略提供了重要理论依据。

图3 果糖通过作用于肿瘤细胞，间接调节CAF的生物学行为

4.肿瘤细胞-CAFs串扰机制的揭示

通过非靶向代谢组学分析发现，果糖处理的肿瘤细胞分泌的FCM中核苷代谢和氨基酸合成通路显著富集，其中赖氨酸和组氨酸水平明显升高。转录组分析发现，这些代谢物激活CAFs中Erk信号通路，上调CXCL14表达；FCM诱导的CAF基因表型倾向于CAF特征，差异基因显著富集在PI3K-AKT、MAPK和mTOR等CAF相关信号通路。单细胞测序进一步验证了果糖喂养小鼠CAF中这些通路的激活状态。Western blotting结果也显示，Erk通路在不同CAF模型中持续激活。综上所述，作者提出肿瘤细胞通过代谢果糖产生氨基酸和核苷，这些代谢物通过旁分泌方式激活CAF中的Erk信号通路，从而驱动CAF的增殖和迁移功能。

图4 肿瘤细胞通过代谢果糖，为CAF（成纤维细胞样肿瘤细胞）提供氨基酸和核苷

5.动物模型验证病理生理意义

为进一步探究这些CAFs是否会反过来影响肿瘤细胞的生物学行为。作者分别收集了经果糖处理（CAFFru+）与未处理（CAFFru-）的CAFs条件培养基，并用它们处理CRC细胞，结果显示CAFFru+能显著促进CRC细胞的增殖和迁移、上皮-间质转化进程；为了更清晰地阐明果糖在促进肿瘤进展中的作用机制，建立了共培养体系，研究发现果糖环境下CAFs与肿瘤细胞之间存在双向促进作用：CAFs的活性和迁移能力增强，同时肿瘤细胞的迁移能力也显著提升，且这种效应在GLUT5过表达或提高果糖浓度时更为显著。体内实验进一步验证，果糖喂养可促进肿瘤生长、CAF浸润及肺转移，而敲低GLUT5则可逆转这些效应。这些发现揭示了果糖通过直接调控肿瘤细胞代谢和间接激活CAFs的双重机制，共同驱动肿瘤恶性进展。

图5 CAFFru+细胞能显著增强结直肠癌细胞的增殖和迁移能力

6.空间组学验证临床相关性

联合bulk-RNA-seq与公共scRNA-seq数据，研究团队定位了FCM-CAF（3T3）相关的CAF亚群CXCL14-enrichedCAFs。scRNA-seq数据显示CXCL14-enrichedCAFs也同时高表达ACTA2。这一点也在在果糖喂养小鼠的肿瘤scRNA-seq数据中得到验证。CRC组织公开空间转录组学数据的分析显示，SLC2A5和CXCL14在SLC2A5高表达的热点中显著共表达。

为研究CXCL14影响肿瘤细胞的具体机制，科研人员分析了CM-（CAF/3T3）Fru+处理的CT26细胞与对照组的转录组并进行富集分析，结果显示：暴露在CM-（CAF/3T3）Fru+会导致MAPK通路活性上升。功能实验表明，CXCL14通过受体CXCR4与ACKR2作用于肿瘤细胞，激活Erk通路并促进EMT。CXCL14或其受体的敲除与中和显著降低CAF–肿瘤共培养体系中的迁移能力。由此，CXCL14被确立为果糖驱动的CAF–肿瘤细胞通信的核心信号枢纽。

图6 CAFFru+通过上调CXCL14促进结直肠癌细胞增殖和迁移

总结

本研究通过从临床、细胞、代谢组、转录组到单细胞层面，揭示了果糖通过特异性转运蛋白GLUT5被肿瘤细胞和癌症相关成纤维细胞（CAFs）摄取，直接促进双方代谢重编程；同时，肿瘤细胞代谢果糖释放氨基酸和核苷酸等代谢物，间接激活CAFs并上调趋化因子CXCL14的表达，进而通过CXCL14-Erk信号通路形成双向串扰循环，驱动肿瘤迁移和转移。这一研究不仅阐明了果糖在肿瘤微环境中的代谢依赖性，还提出了靶向GLUT5/CXCL14轴的治疗新策略，为饮食干预和预后评估提供了理论依据。