肝癌干细胞中乳酸化修饰调控干性特征的新机制：一项基于乳酸化组学的研究
一、研究团队与发表信息
本研究由Fan Feng、Jiaqin Wu、Qingjia Chi等共同完成，通讯作者为Kang Xu、Chunli Wang和Lianhong Pan，团队来自湖北时珍实验室（Hubei Shizhen Laboratory）、湖北中医药大学药学院（School of Pharmacy, Hubei University of Chinese Medicine）及重庆大学生物工程学院（College of Bioengineering, Chongqing University）。研究成果于2024年8月5日发表于《Advanced Science》（DOI: 10.1002/advs.202405975），标题为《Lactylome analysis unveils lactylation-dependent mechanisms of stemness remodeling in the liver cancer stem cells》。
二、学术背景
科学领域：本研究属于肿瘤代谢与表观遗传学交叉领域，聚焦于肝癌（HCC）中乳酸化修饰（lysine lactylation, Kla）对肝癌干细胞（LCSCs）干性特征的调控机制。
研究动机：肝癌干细胞是肝癌异质性、转移和耐药性的根源，但其代谢重编程如何通过表观遗传修饰维持干性尚不明确。乳酸作为糖酵解产物，近年被发现可介导新型翻译后修饰——乳酸化修饰，但其在LCSCs中的作用机制未获解析。
关键科学问题：LCSCs中乳酸化修饰如何通过组蛋白和非组蛋白靶点调控干性相关基因？
三、研究流程与方法
1. 实验设计与样本
- 研究对象：人肝癌细胞系（HCClm3、Hep3B）及其富集的LCSCs（M3L、3BL），临床肝癌组织样本（90对癌与癌旁组织）。
- 主要技术：乳酸化组学（lactylome）、转录组测序（RNA-seq）、染色质免疫沉淀（ChIP-PCR）、免疫共沉淀（Co-IP）、代谢流分析（Seahorse XF）、裸鼠成瘤实验等。
2. 关键实验步骤
- 步骤1：LCSCs代谢特征鉴定
- 通过RNA-seq和GC-MS代谢组学发现LCSCs糖酵解活性显著高于普通肝癌细胞，伴随乳酸积累和乳酸化修饰水平升高（图1）。
- 实验验证：Western blot显示LCSCs中组蛋白H3K56la和非组蛋白ALDOA的乳酸化修饰上调。
步骤2：乳酸化修饰的功能验证
步骤3：组蛋白H3K56la的机制解析
步骤4：非组蛋白ALDOA乳酸化的功能
步骤5：ALDOA-DDX17互作机制
四、主要研究结果
1. 代谢重编程驱动乳酸化修饰：LCSCs通过高糖酵解产生乳酸，为乳酸化修饰提供底物，形成“代谢-表观遗传”正反馈环路。
2. 组蛋白修饰机制：H3K56la通过p300依赖性方式激活OCT4转录，维持LCSCs干性（数据：H3K56la在LCSCs中表达较HCC细胞高2.1倍）。
3. 非组蛋白修饰机制：ALDOA K230/322乳酸化通过释放DDX17促进其核转位，增强SOX2介导的干性调控网络（ALDOA乳酸化水平与DDX17核定位呈负相关，r=-0.78）。
4. 治疗潜力：靶向LDHA或ALDOA乳酸化可显著抑制LCSCs成瘤能力（裸鼠模型中肿瘤体积减少67%）。
五、结论与意义
科学价值：
- 首次揭示乳酸化修饰通过“组蛋白-非组蛋白”双途径调控LCSCs干性，为肝癌异质性提供代谢-表观遗传联合调控模型。
- 鉴定ALDOA K230/322和DDX17为潜在治疗靶点，拓展了乳酸化修饰在肿瘤干细胞领域的认知。
应用前景：
- 针对LDHA或ALDOA乳酸化的小分子抑制剂可能成为肝癌靶向治疗新策略。
六、研究亮点
1. 技术创新：整合乳酸化组学与代谢流分析，首次绘制LCSCs乳酸化修饰全景图谱。
2. 机制突破：发现ALDOA乳酸化通过空间位阻效应调控DDX17功能的非经典机制。
3. 临床关联：证实肝癌组织中乳酸化水平与临床分期和预后显著相关（AJCC分期Ⅱ期较Ⅰ期高1.8倍，p<0.01）。
七、其他价值
研究提出“代谢酶乳酸化-RNA结合蛋白核转位-干性基因激活”的新范式，为其他高糖酵解肿瘤（如胰腺癌、胶质瘤）的干细胞研究提供借鉴。