国自然热点：糖酵解、乳酸代谢、组蛋白乳酸化修饰

前言：

乳酸（lactate）是细胞无氧呼吸的代谢产物，早期被认为是细胞的代谢废物，但随着研究深入，乳酸被发现具有多种重要的生理病理功能。乳酸是一种方便快捷的碳水化合物燃料，可为哺乳细胞供能；还是糖异生循环的主要前体；亦可作为信号分子，调控细胞信号通路。

2019年10月24日，芝加哥大学赵英明教授课题组在Nature上发表研究成果“Metabolic regulation of gene expression by histone lactylation”，该研究揭示了乳酸在表观遗传学途径中的作用，首次报道乳酸可以修饰组蛋白，调控基因的转录表达，拓展了大家对乳酸的认识之外，也掀起了乳酸化修饰热潮。

近年来，乳酸化修饰的高质量文章不断涌现，而且近几年国家自然科学基金的资助项目中，乳酸化修饰的项目也在不断增多，已成为当前生命科学/基础医学研究的一大热点。

2022年乳酸化修饰相关资助的部分项目

研究背景：

肝癌是世界范围内最常见的肿瘤之一，也是肿瘤致死的主要原因之一。肝癌干细胞(LCSCs)被认为直接参与调控肝癌的进展、复发、转移和耐药，是肝癌的重要生物标记物。去甲泽拉木醛 （demethylzeylasteral， DML）是一种三萜类化合物，提取自传统药材雷公藤。研究报道，DML及其衍生物可以抑制黑色素瘤、乳腺癌和胶质瘤等多种肿瘤细胞的增殖，并且可以促进胰腺癌和结直肠癌细胞对化疗药物的敏感性。但是关于DML对LCSCs的作用及机制却未见报道。

研究成果：

2022年5月21日，重庆大学杨力教授、王春莉副研究员团队与湖北中医药大学许康副教授在Pharmacological Research (IF=10.334) 上发表了题为Demethylzeylasteral targets lactate by inhibiting histone lactylation to suppress the tumorigenicity of liver cancer stem cells 的最新研究成果，该研究发现DML通过下调组蛋白乳酸化水平，抑制LCSCs增殖和自我更新，诱导细胞发生凋亡和周期阻滞。为肝癌的临床诊疗提供更多理论依据。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.phrs.2022.106270

研究内容：

首先，作者使用DMEM/F12培养基培养肝癌细胞系HCCLM3 和Hep3B，获得了具有肝癌干细胞特征的sphere-forming cells (SFCs)细胞，这群细胞具有自我更新和增殖能力，同时表达肿瘤干细胞标记物CD133、CD90、CD44 和OCT3/4，因此作者获得了可以用于研究肝癌干细胞的工具细胞SFCs。作者发现，小分子药物去甲泽拉木醛（demethylzeylasteral, DML）以浓度和时间梯度依赖的方式抑制SFCs细胞的增殖和迁移，诱导细胞发生凋亡和周期阻滞。

其次，作者使用RNA-seq探究DML的作用机制。数据显示，DML造成2361个基因表达上调，1729个基因表达下调。KEGG分析显示，多种表达差异的基因富集在细胞代谢通路中。GC-MS实验发现糖酵解/糖异生通路的代谢产物含量变化明显，其中代谢物乳酸含量显著降低。

再次，乳酸是细胞中含量较高的代谢物，且具有多种重要的生理病理功能。2021年芝加哥大学赵英明教授报道代谢物乳酸可以修饰组蛋白，调控炎症相关基因的表达。因此，作者使用乳酸化修饰抗体对细胞中蛋白质乳酸化水平进行检测，结果显示：DML处理后，H3K9和H3K56的乳酸化修饰水平显著降低(见下图)。使用乳酸直接处理细胞，可以提高组蛋白的乳酸化修饰水平，促进细胞增殖和克隆形成，上调细胞周期相关蛋白的表达。

DML下调细胞中的乳酸含量，降低组蛋白乳酸化修饰（H3K9la, H3k56la）水平

最后，作者使用DML处理小鼠，结果显示DML可以在动物体内抑制肝癌细胞SFCs的增殖，且可以下调肿瘤细胞中乳酸含量和组蛋白的乳酸化修饰。

该研究建立了具有肝癌干细胞特征的细胞群SFCs，为肝癌干细胞研究提供了新的研究工具；并发现抑制SFCs的小分子DML；机制研究显示，DML通过影响细胞代谢，下调乳酸含量，抑制组蛋白的乳酸化修饰，从而调控下游基因改变；进一步作者发现，DML可以在动物体内抑制SFCs细胞增殖，下调乳酸含量。因此，乳酸及乳酸代谢相关通路可能成为肝癌潜在的治疗靶点，也为肝癌的研究提供了更多理论依据。

DML通过抑制组蛋白乳酸化修饰抑制肝癌细胞增殖、自我更新、侵袭迁移

研究亮点：

1.  制备了具有肝癌干细胞特征的细胞群体 SFCs;

2.  找到抑制SFCs的小分子DML；

3.  DML通过抑制组蛋白乳酸化发挥作用；

4.  DML在动物体内可以抑制SFCs增殖；

5.  揭示了乳酸及其相关代谢通路具有成为肝癌诊疗 靶点的潜力。

转自：“学术查”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！