EMM：肿瘤干细胞的“燃料箱”：中国药科大学郑禄枫/徐盛涛团队揭示ISG化修饰如何锁定CYP4Z1为乳腺癌干细胞供能

乳腺癌

是全球女性中发病率最高的

恶性肿瘤

，且呈现出发病年轻化的趋势。尽管近年来

靶向治疗

和

免疫

治疗取得了长足进步，仍有大量乳腺癌患者面临原发或获得性耐药问题，尤其是三阴性乳腺癌等侵袭性亚型，治疗手段依然十分有限。肿瘤起始细胞（Tumor-initiating cells, TICs），又称肿瘤

干细胞

，被认为是驱动肿瘤自我更新、转移和化疗耐药的核心因素。然而，长期以来针对TICs的有效靶向策略仍较为匮乏，其主要障碍在于对TICs维持干性的关键驱动基因及其调控机制认识不足。

2026年7月2日，中国药科大学郑禄枫研究员/徐盛涛教授团队联合国内外多家研究机构在

Experimental & Molecular Medicine

在线发表题为

“ISGylation-mediated stabilization of CYP4Z1 fuels breast cancer initiation and progression”

的研究论文。该研究通过构建CYP4Z1转基因小鼠模型，结合单细胞转录组、空间转录组及脂质组学等多组学手段，系统揭示了CYP4Z1在乳腺癌发生与进展中的关键驱动作用，并阐明了ISG15介导的ISGylation修饰对CYP4Z1蛋白稳定性、酶活性及亚细胞定位的调控机制。

研究团队首先构建了表达人CYP4Z1的转基因小鼠，并将其与MMTV-PyMT自发乳腺癌小鼠模型杂交，获得PyMT-CYP4Z1转基因小鼠。结果显示，与PyMT-MMTV对照小鼠相比，PyMT-CYP4Z1小鼠的肿瘤数量、体积和重量均明显增加，且肺转移结节显著增多。通过有限稀释成瘤实验，作者发现PyMT-CYP4Z1来源的乳腺

肿瘤细胞

中肿瘤起始细胞频率显著升高， CD24+ CD29- ALDH1+干性亚群比例也明显增加，表明CYP4Z1不仅促进TICs的扩增，还能维持其功能。

为进一步解析CYP4Z1调控TICs的分子机制，通过对公共单细胞测序数据集GSE225600的深入分析，作者发现CYP4Z1主要在乳腺癌上皮细胞中表达，CYP4Z1

⁺

上皮细胞较CYP4Z1−上皮细胞具有更高的干性评分和更低的分化状态，且富集缺氧、上皮-间质转化、糖酵解、JAK-STAT3及TGF-β等促肿瘤通路。TCGA乳腺癌数据分析进一步证实，CYP4Z1高表达组间质评分升高、肿瘤纯度降低，且CYP4Z1

⁺

上皮细胞特征基因富集程度更高。空间转录组分析则揭示CYP4Z1+上皮细胞主要富集于肿瘤边界区域，提示其在肿瘤侵袭中发挥重要作用。

在分子机制层面，研究团队通过免疫共沉淀联合蛋白质谱（HPLC-MS/MS）筛选发现，ISG15是CYP4Z1最重要的互作蛋白之一。ISG15是一种类泛素蛋白，可介导ISGylation修饰。作者通过体内外实验证实，CYP4Z1可发生ISGylation修饰，且该修饰受E1酶UBE1L、E2酶UBCH8、E3酶Herc5及去修饰酶USP18的调控。通过定点突变和质谱分析，作者鉴定出CYP4Z1的K259、K279和K502三个赖氨酸残基为其关键的ISGylation位点。值得注意的是，ISGylation修饰显著增强了CYP4Z1的蛋白稳定性——ISG15过表达可延长CYP4Z1的半衰期，而ISG15敲低则加速其降解。机制上，ISGylation通过竞争性抑制CYP4Z1的泛素化修饰，减少其经蛋白酶体途径的降解。功能实验表明，将K259、K279和K502三个位点同时突变为精氨酸（K3R突变）后，CYP4Z1促进TICs干性特征（CD44+ CD24−亚群比例、干性标志物表达、肿瘤球体形成、迁移侵袭能力）的作用被显著削弱，体内成瘤和转移能力也明显下降。

进一步研究发现，ISGylation修饰还影响CYP4Z1的酶活性及亚细胞定位。ISG15过表达可增强CYP4Z1的酶活性，而K3R突变则降低其活性。免疫荧光结果显示，ISG15过表达促进CYP4Z1向内质网和溶酶体定位，而线粒体和细胞膜定位则无明显变化或减少。脂质组学分析显示，CYP4Z1或ISG15过表达均显著上调甘油三酯家族成员的含量，并促进脂滴形成。KEGG通路富集分析也表明脂质、

胆固醇

和甘油脂代谢通路发生显著改变。功能回复实验证实，甘油三酯合成抑制剂A922500可逆转CYP4Z1过表达所诱导的干性增强效应，而外源性补充甘油三酯则部分恢复CYP4Z1敲低所致的干性减弱，表明CYP4Z1通过促进甘油三酯合成和脂滴形成来维持TICs特性。

基于CYP4Z1作为潜在治疗靶点的重要性，研究团队对先导化合物1-苄基咪唑进行系统的结构优化，合成了53个新型衍生物，最终筛选得到候选化合物BM-51。该化合物对CYP4Z1的IC50值为91.7 nM，对其它CYP450家族酶的选择性超过100倍，且具有优良的药代动力学性质。分子对接和分子动力学模拟表明，BM-51通过与CYP4Z1的Arg384、Ser383、Val126和Ala314四个氨基酸残基结合而发挥抑制作用，点突变实验和细胞热位移实验均验证了这一结合模式。功能实验显示，BM-51可显著抑制乳腺

癌细胞

的干性特征、成瘤能力和转移能力。在PyMT-CYP4Z1转基因小鼠中，BM-51治疗显著延缓了肿瘤发生、减少了肿瘤负荷和肺转移结节。更重要的是，BM-51与化疗药物阿霉素联用呈现出协同抗肿瘤效果，显著抑制了肿瘤生长并降低了肿瘤中干性标志物的表达。此外，BM-51对正常

造血干细胞

分化和外周血细胞计数无明显影响，提示其具有较好的安全性。

综上所述，该研究通过转基因小鼠模型和多组学整合分析，首次揭示了CYP4Z1作为乳腺癌TICs关键驱动因子的核心地位，阐明了ISG15介导的ISGylation修饰通过稳定CYP4Z1蛋白、增强其酶活性并促进其内质网定位，进而上调甘油三酯合成和脂滴形成以维持TICs干性的完整分子机制。研究中开发的CYP4Z1特异性抑制剂BM-51，不仅在体内外有效抑制TICs特性，还能增强化疗药物敏感性，为靶向CYP4Z1及其ISGylation修饰以瓦解TIC驱动的乳腺癌进展提供了新的治疗策略和候选药物分子。这一发现为乳腺癌尤其是难治性亚型的

精准

治疗开辟了新的方向。

参考消息：DOI: 10.1038/s12276-026-01766-4