H2BC9乳酸化修饰通过Wnt/β-catenin信号通路调控食管鳞癌进展的机制研究

《Journal of Translational Medicine》：H2BC9 lactylation modulates esophageal squamous cell carcinoma progression via the Wnt/β-catenin signaling pathway

本研究针对食管鳞癌(ESCC)中乳酸代谢异常与表观遗传调控机制不清的问题，通过整合转录组学与单细胞测序技术，首次揭示组蛋白变体H2BC9在K44位点的乳酸化修饰通过激活Wnt7b/β-catenin信号通路驱动ESCC进展。研究发现H2BC9乳酸化促进肿瘤增殖并诱导免疫抑制微环境，为ESCC靶向治疗提供了新策略。

　　

在当今肿瘤研究领域，食管癌依然是一把悬在人类健康头上的利剑。据2022年全球癌症统计数据显示，这种恶性疾病每年导致超过51万新发病例和44万死亡病例，而在中国，食管鳞癌(ESCC)更是占据了食管癌病例的90%以上。尽管医学技术不断进步，食管癌患者的五年生存率始终徘徊在30%以下，这一严峻现实凸显了探索其发病机制的紧迫性。

长期以来，科学家们已经认识到肿瘤细胞具有独特的代谢特征，其中最著名的当属瓦博格效应(Warburg effect)——即使氧气充足，肿瘤细胞也倾向于通过糖酵解获取能量，产生大量乳酸。过去，乳酸一直被视作代谢废物，但近年研究发现，乳酸不仅是能量代谢的参与者，更是一种重要的信号分子。2019年，科学家首次发现乳酸能够作为供体，在蛋白质赖氨酸残基上形成一种新型翻译后修饰——乳酸化修饰(lactylation)，这为代谢与表观遗传的交叉研究开辟了新天地。

组蛋白作为染色体结构和基因表达的关键调控者，其各种修饰形式（如甲基化、乙酰化）已被广泛研究。然而，对于组蛋白H2B家族成员，特别是H2BC9这一变体，科学界知之甚少。已知的是，H2BC9参与核小体组装和染色质稳定，在多种癌症中呈现高表达，但其具体功能机制，尤其是乳酸化修饰的生物学意义，仍是一片未知的领域。

在这项发表于《Journal of Translational Medicine》的研究中，研究人员深入探索了H2BC9乳酸化修饰在ESCC中的角色。他们发现，在ESCC肿瘤组织中，H2BC9显著高表达，且与患者不良预后密切相关。更为重要的是，乳酸刺激能够诱导H2BC9发生乳酸化修饰，特别是在第44位赖氨酸(K44)上。这一修饰并非无的放矢，而是如同打开了一个基因表达的"开关"，显著增强了Wnt7b基因的转录活性，进而激活了经典的Wnt/β-catenin信号通路——这条通路在肿瘤发生发展中扮演着关键角色。

为了验证这一机制的特异性，研究人员巧妙设计了K44R点突变（将赖氨酸突变为精氨酸），结果发现这一突变完全阻断了H2BC9的乳酸化修饰，同时显著削弱了其促进肿瘤细胞增殖的能力。体内实验进一步证实，表达K44R突变体的肿瘤细胞在小鼠模型中形成的肿瘤体积和重量明显小于野生型组。这些发现不仅揭示了H2BC9乳酸化修饰的功能重要性，还指出了K44位点作为潜在治疗靶点的可能性。

此外，研究还发现H2BC9高表达与免疫抑制性肿瘤微环境密切相关，表现为调节性T细胞(Treg)浸润增加、自然杀伤(NK)细胞减少，以及PD-1、CTLA-4等免疫检查点分子上调。这些发现为理解ESCC的免疫逃逸机制提供了新视角，也提示靶向H2BC9可能具有双重抗肿瘤效应——既直接抑制肿瘤增殖，又改善免疫微环境。

研究采用的技术方法主要包括：整合TCGA和GEO数据库的转录组数据分析、单细胞RNA测序(scRNA-seq)、基因集变异分析(GSVA)、蛋白质免疫共沉淀(IP)、Western blotting(WB)、染色质免疫共沉淀(ChIP)-qPCR、双荧光素酶报告基因检测、质谱分析鉴定乳酸化位点，以及裸鼠异种移植瘤模型等。

H2BC9被鉴定为ESCC中与乳酸相关的癌基因

通过基因集变异分析(GSVA)，研究人员发现ESCC肿瘤组织中糖酵解和乳酸相关基因集显著富集。差异表达分析识别出844个上调基因和1067个下调基因。结合随机森林算法和乳酸相关基因筛选，最终确定H2BC9为ESCC中关键的乳酸相关癌基因。

H2BC9在多种肿瘤中高表达且与ESCC患者不良预后相关

TCGA和GEO数据库分析均显示H2BC9在ESCC肿瘤组织中显著高表达。Western blotting证实H2BC9在ESCC细胞系中蛋白水平也明显升高。生存分析表明H2BC9高表达患者总体生存期(OS)和疾病特异性生存期(DSS)更短。构建的临床预后列线图显示出良好的预测准确性。

H2BC9的潜在生物学功能、药物敏感性预测和体细胞突变分析

蛋白互作网络分析揭示了H2BC9共表达基因的功能联系。GO和KEGG富集分析表明这些基因参与蛋白-DNA复合物组装和转录调控等过程。药物敏感性预测显示H2BC9高表达与紫杉醇耐药相关，实验验证敲低H2BC9可增强ESCC细胞对紫杉醇的敏感性。突变分析发现H2BC9高表达与癌基因突变频率增加相关。

H2BC9表达与ESCC免疫微环境的相关性

CIBERSORT和ssGSEA分析显示H2BC9表达与多种免疫细胞浸润相关，特别是与Treg细胞呈正相关，与NK细胞和细胞毒性T细胞呈负相关。H2BC9高表达组显示免疫检查点分子(如PD-1、CTLA-4)上调，表明其与免疫抑制微环境形成相关。

在单细胞水平分析H2BC9的潜在功能和通路

单细胞RNA测序分析将上皮细胞分为H2BC9表达阳性和阴性两组，差异基因主要富集于细胞周期、p53信号通路等。CellChat分析发现Wnt/β-catenin信号通路仅在H2BC9阳性组激活，且Wnt7b被鉴定为关键下游效应分子。

H2BC9通过乳酸化增强信号通路活性并促进ESCC体内肿瘤生长

乳酸处理以剂量依赖方式增加全局蛋白乳酸化水平，25mM被确定为最佳浓度。免疫共沉淀证实乳酸诱导H2BC9乳酸化增强。功能实验表明乳酸促进ESCC细胞增殖，而敲低H2BC9可逆转此效应。Western blotting显示乳酸诱导的Wnt7b/β-catenin通路激活依赖于H2BC9表达。糖酵解抑制剂2-DG处理可减少H2BC9乳酸化和下游信号通路活性。体内实验证实敲低H2BC9显著抑制肿瘤生长。

H2BC9 K44乳酸化是Wnt7b转录激活和ESCC肿瘤进展所必需的

质谱分析鉴定出H2BC9上7个潜在乳酸化位点，其中K44被预测为最保守且可能具有功能性的位点。K44R点突变质粒构建成功，免疫共沉淀证实该突变体失去乳酸化能力。功能实验表明K44R突变体无法恢复ESCC细胞增殖能力。Western blotting和双荧光素酶报告基因检测显示K44R突变体不能激活Wnt/β-catenin信号通路或Wnt7b启动子活性。染色质免疫共沉淀-qPCR证实K44R突变体在Wnt7b启动子区域的富集显著减少。多位点突变体（仅保留K44）仍能响应乳酸刺激并激活Wnt7b表达。体内实验进一步验证K44R突变体失去促进肿瘤生长的能力。

这项研究的结论部分强调，H2BC9作为组蛋白H2B变体，在ESCC中通过K44位点的乳酸化修饰发挥致癌作用。这种修饰在代谢异常的肿瘤微环境中尤为显著，直接连接了乳酸代谢与表观遗传调控。机制上，H2BC9乳酸化通过增强Wnt7b转录，激活Wnt/β-catenin信号通路，从而驱动肿瘤增殖。同时，H2BC9高表达与免疫抑制微环境和化疗耐药相关，使其成为具有潜力的治疗靶点。

研究的创新之处在于首次揭示了H2BC9乳酸化修饰在癌症中的功能，阐明了代谢物乳酸如何通过表观遗传机制影响肿瘤进展。这不仅深化了对ESCC发病机制的理解，也为开发靶向组蛋白乳酸化的治疗策略提供了理论依据。未来研究可进一步探索负责H2BC9乳酸化和去乳酸化的酶类，以及这一机制在其他癌症类型中的普适性，为肿瘤代谢-表观遗传交叉研究开辟新的方向。