北京大学第三医院在Molecular Cancer杂志发表的题为“Positive feedback regulation between glycolysis and histone lactylation drives oncogenesis in pancreatic ductal adenocarcinoma”的文献。

胰腺癌是一种高度侵袭性的消化系统肿瘤，是人类最致命的恶性肿瘤，胰腺导管腺癌（PDAC）占胰腺导管腺癌的80%以上。代谢重编程和表观遗传改变诱导PDAC的侵袭性。乳酸依赖性组蛋白修饰是一种新型的组蛋白标记，该项研究深入探讨了组蛋白乳酸化在PDAC进展中的作用，并通过H3K18la-TTK/BUB1B调控的表观遗传重编程将糖酵解和组蛋白乳酸化联系起来，建立了糖酵解、组蛋白乳酸化和细胞周期基因的正反馈循环，增加了新的 PDAC机制，为PDAC的治疗策略设计提供线索。

乳酸化修饰作为近年来的研究热点，其在生物学领域的重要性逐渐凸显。达为科生物基于多年肿瘤领域的研究经验，紧抓乳酸化修饰研究热点，围绕乳酸化修饰可从课题设计、实验规划、实验开展等提供多样化的服务，为您的科研之路保驾护航。

乳酸化修饰是2019年芝加哥大学赵英明教授课题组在Nature杂志shou次报道的全新蛋白质翻译后修饰类型(Ref:31645732; Nature; IF：69.5)，他shou次将组蛋白乳酸化修饰带入我们的视野。该项研究表明：代谢过程中积累的乳酸可以作为前体物质导致组蛋白赖氨酸发生乳酸化修饰，进而调控基因的表达，并参与细菌感染的M1巨噬细胞的稳态调控。乳酸通过介导乳酸化修饰，调控基因表达来发挥肿瘤代谢、免疫等生物功能。该研究不仅为蛋白质的翻译后修饰研究开辟新的领域，也为代谢产物乳酸在肿瘤、免疫等领域参与的研究提出了新方向。

Figure 1 研究机制图

研究框架

研究目的

乳酸依赖性组蛋白修饰是一种新型的组蛋白标记，它将糖酵解代谢物与乳酸化修饰的表观遗传过程联系起来。文章旨在讨论组蛋白乳酸化PDAC进展中的作用。

研究方法

首先，通过Kaplan-Meier生存分析评估PDAC中组蛋白乳酸化水平和总生存期的关系。其次，在体内外通过抑制组蛋白乳酸化（糖酵解抑制剂或乳酸脱氢酶A - LDHA 敲低）验证组蛋白乳酸化参与PDAC的进展。随后，通过免疫印记及功能实验鉴定PDAC中组蛋白乳酸化的writers和erasers，通过CUT&Tag和RNA-seq筛选得到H3K18，随后通过ChIP-qPCR，RT-qPCR和western blot 确定下游靶标基因TTK和BUB1B。后续通过过表达或基因敲低验证TTK和BUB1B在PDAC进展中的作用。最后通过Co-IP验证TTK与LDHA的相互作用，形成研究闭环。

实验动物作为生命科学研究中的重要载体之一，在很多领域的科学研究中，充当着非常重要的安全试验、效果试验、标准试验的角色，尤其在药物有效性和安全性评价中发挥着不可huo缺的作用。

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研究结果

组蛋白乳酸化水平在PDAC中升高，H3K18乳酸化（H3K18la）水平升高与PDAC不良预后相关。糖酵解活性的抑制是PDAC体内外抗肿瘤作用的重要机制。E1A结合蛋白p300和组蛋白去乙酰化酶2分别是PDAC细胞中组蛋白乳酸化的潜在writers和erasers。同时，H3K18la在TTK和BUB1B启动子处富集并促进的转录。此外，TTK和BUB1B可以提高P300的表达，从而增加糖酵解。另外TTK通过磷酸化LDHA Y239位点激活LDHA并进一步促进乳酸产生和H3K18乳酸化。

研究结论

糖酵解- H3K18la - TTK/BUB1B正反馈循环促进PDAC恶化。这些研究结果对乳酸代谢重编程与表观遗传调控之间的相互关系进行了新的探索，可能为PDAC治疗中新的乳酸化治疗策略提供依据。

结果解析

PDAC患者组蛋白乳酸化水平升高与不良预后相关

研究团队首先分析了PDAC组织及配对正常组织、PDAC细胞系MIA PaCa-2，PANC-1，AsPC-1，PL45及人胰腺导管上皮细胞系hTERT-HPNE中乳酸的水平，发现PDAC组织/细胞系中的乳酸水平上调。在PDAC患者和健康组的血清样本的非靶向代谢组学分析和KEGG富集分析表明血清差异代谢物富集在中心碳代谢途径。对PDAC组织及配对正常组织中蛋白乳酸化水平的检测发现PDAC组织中泛赖氨酸乳酸化，其中包括H3K18la。此外，PDAC中H3K18la水平明显上调并与晚期AJCC呈正相关。

糖酵解抑制减少组蛋白乳酸化并抑制PDAC细胞增殖和迁移

为了明确糖酵解对组蛋白乳酸化的影响，研究团队使用不同的糖酵解抑制剂和LDHA敲低干预PDAC细胞，发现抑制剂干预减少泛赖氨酸乳酸化和H3K18la，而siLDHA减少乳酸钠诱导的组蛋白乳酸化水平。此外，糖酵解抑制剂显著抑制PDAC细胞活力和集落形成能力。siLDHA抑制PDAC细胞增殖和集落形成，但其作用被乳酸钠处理削弱。另外，伤口愈合实验和transwell实验发现PDAC细胞的迁移能力表现出与增殖相同的趋势。

糖酵解抑制减少组蛋白乳酸化并抑制PDAC异种移植小鼠模型中的PDAC进展

为了进一步评价组蛋白乳酸化在PDAC进展中的生物学意义，研究团队进一步构建PDAC异种移植小鼠模型。结果发现在糖酵解抑制剂干预后或使用LDHA敲减稳转株构建动物模型后，肿瘤的生长、乳酸含量、泛赖氨酸乳酸化、H3K18la、KI67表达及肝转移灶形成受到显著抑制。

P300和HDAC2分别是PDAC细胞中组蛋白乳酸化的潜在writer和eraser

随后，研究团队使用si-P300或P300抑制C646处理MIA PaCa-2细胞及AsPC-1细胞，发现在乳酸钠暴露条件下，si-P300 或 C646仍能显著抑制泛赖氨酸乳酸化和H3K18la水平。此外，si-P300 或 C646可以显著降低细胞增殖活力、集落形成能力以及细胞迁移能力。另外，乳酸钠诱导的细胞迁移作用被si-P300 或 C646干预抑制。

H3K18la激活TTK和BUB1B的转录

为确定H3K18la如何影响PDAC进展，研究团队使用H3K18la抗体进行CUT&Tag检测。发现在糖酵解抑制剂干预后，转录起始位点（TSS）区域明显减少而在启动子区域观察到的富集。KEGG分析的结果表明RNA转运途径、细胞周期和肿瘤相关途径存在相关富集。RNA-seq并对糖酵解抑制剂干预后下调的基因进行KEGG分析的结果发现主要富集在细胞周期相关过程中。

随后，通过在CUT&Tag、RNA-seq和GEPIA数据库中重叠基因集，确定了14个差异表达基因，这些基因在Oxamate处理后，mRNA水平显著降低，并在启动子区域表现出H3K18la富集的减少。最终筛选得到周期相关的TTK和BUB1B基因，并通过ChIP-qPCR进一步验证H3K18la在TTK和BUB1B基因启动子区域的富集，但在糖酵解抑制剂干预后基因启动子区域的富集减少。

高水平的TTK和BUB1B与PDAC的恶性表型相关

随后，研究团队探索了TTK和BUB1B在PDAC进展中的作用。首先，PDAC细胞系中TTK和BUB1B的mRNA和蛋白水平显著高于人胰腺导管上皮细胞系。

其次，IHC分析显示，与癌旁组织相比，PDAC组织中TTK和BUB1B的表达显著增加。TTK或BUB1B高表达PDAC患者的总生存时间或无病生存时间比低表达者短。此外，TTK或BUB1B的敲低抑制PDAC细胞的增殖和迁移，而TTK过表达与糖酵解抑制剂共处理减弱了糖酵解抑制剂对肿瘤细胞生长和迁移的抑制作用。

H3K18la靶基因与糖酵解之间的正反馈循环

在已报到的文章中，BUB1B作为糖酵解代谢的激活剂促进肺腺癌的发生。因此，研究团队推测在PDAC进展中BUB1B具有同样的功能并进一步通过实验证实。研究结果表明siTTK与siBUB1B单独或共处理均显著下调P300蛋白水平。

随后，进一步通过Co-IP实验发现结合LDHA抗体的IP 和结合TTK 抗体的western blot证实了TTK和 LDHA在PDAC细胞中存在相互作用。敲低TTK显著抑制LDHA Y239位点的磷酸化水平并下调LDH活力，减少乳酸生成，降低了泛酪氨酸乳酸化和H3K18la的水平。这些结果表明TTK在糖酵解和乳酸化之间起正反馈调控作用，并证实H3K18la/TTK/BUB1B与糖酵解/乳酸化之间的正反馈循环调控模式。

研究总结：

研究者shou次发现TTK敲低通过Y239磷酸化抑制LDHA的激活。建立了糖酵解、组蛋白乳酸化和细胞周期相关基因的正反馈循环。乳酸通过组蛋白乳酸化，特别是H3K18la促进细胞增殖和迁移，而这一过程是由TTK和BUB1B介导的，进而促进糖酵解，增加乳酸化，诱导PDAC恶性表型。研究为代谢重编程表观遗传调控提供了新的探索和重要补充，为理解PDAC的进展机制提供新的思路，也为PDAC的治疗提供了新的线索。