HDAC11介导的TPI1去乙酰化促进特发性肺纤维化的机制与靶向治疗研究

《Research》：HDAC11-Mediated Deacetylation of Triosephosphate Isomerase 1 Promotes Idiopathic Pulmonary Fibrosis

本研究针对特发性肺纤维化（IPF）缺乏有效治疗策略的难题，揭示了组蛋白去乙酰化酶11（HDAC11）通过介导磷酸丙糖异构酶1（TPI1）K69位点去乙酰化增强其蛋白稳定性，进而促进肺纤维化进展的新机制。研究人员设计了一种靶向TPI1-K69乙酰化的细胞穿膜肽（CPP），可有效诱导TPI1降解并抑制纤维化，为IPF治疗提供了新靶点。该成果发表于《Research》期刊，具有重要临床转化价值。

　　

特发性肺纤维化（IPF）是一种致命的慢性进行性肺疾病，患者诊断后中位生存期仅2-4年，目前临床仅有的吡非尼酮和尼达尼布疗效有限。IPF的发病机制与转化生长因子-β（TGF-β）信号通路异常激活导致的肺组织胶原沉积密切相关，但具体分子调控机制尚未完全阐明。近年来研究发现，代谢重编程尤其是糖酵解过程在纤维化进展中发挥关键作用，然而糖酵解关键酶如何参与IPF调控仍是未解之谜。

本研究聚焦于糖酵解途径中的关键酶——磷酸丙糖异构酶1（TPI1），首次系统揭示了其在IPF中的表达调控机制及治疗潜力。研究人员通过分析GEO数据库（GSE47460）发现TPI1在IPF患者肺组织中显著上调，并在博来霉素（BLM）诱导的小鼠肺纤维化模型中验证了其随时间推移的梯度升高趋势，且与胶原蛋白Iα1（COL1A1）和α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）等纤维化标志物表达呈正相关。体内外功能实验表明，敲低TPI1可显著抑制TGF-β1诱导的成纤维细胞向肌成纤维细胞转化（FMT）、细胞增殖和迁移，而过表达TPI1则促进上述表型。

机制探索发现，TGF-β1通过增强组蛋白去乙酰化酶11（HDAC11）与TPI1的相互作用，特异性催化TPI1第69位赖氨酸（K69）去乙酰化。质谱分析和点突变实验证实K69是TPI1的关键乙酰化位点，其去乙酰化可减少K48连接的多聚泛素化修饰，从而延长TPI1蛋白半衰期。进一步研究显示，乙酰转移酶p300负责TPI1-K69的乙酰化修饰，而HDAC11则介导其去乙酰化，两者动态平衡调控TPI1稳定性。

基于上述机制，研究团队创新性地设计了靶向TPI1-K69乙酰化的细胞穿膜肽（CPP）K69-Ac-Pep#4。该肽段可特异性增强TPI1-K69乙酰化水平，促进TPI1通过蛋白酶体途径降解，进而有效抑制肺纤维化进展。动物实验证实，气管内给予K69-Ac-Pep#4可显著减轻BLM诱导的小鼠肺纤维化程度，降低胶原沉积和纤维化标志物表达。

关键技术方法包括：利用GEO数据库进行生物信息学分析；构建BLM诱导的小鼠IPF模型；采用免疫共沉淀（Co-IP）和Western blotting检测蛋白互作与修饰；通过Seahorse能量代谢分析系统测定细胞外酸化率（ECAR）；基于串联质谱标签（TMT）的乙酰化修饰组学筛选关键位点；合成并验证细胞穿膜肽的治疗效果。临床样本来源于复旦大学附属华山医院提供的IPF患者肺组织。

TPI1在IPF中表达上调

通过分析IPF患者数据集和临床样本 multiplex immunofluorescence（多重免疫荧光）染色，发现TPI1在IPF组织中显著高表达。BLM诱导的小鼠模型显示TPI1表达随纤维化进展持续升高，且与微CT影像和组织染色所示的肺损伤程度一致。

TPI1调控IPF体外体内进展

在MRC-5和WI-38人肺成纤维细胞中，TPI1敲低可抑制TGF-β1诱导的COL1A1和α-SMA表达，降低细胞增殖（EdU染色）和迁移（划痕实验）能力。通过腺相关病毒6（AAV-6）介导的TPI1敲低小鼠模型证实，抑制TPI1可减轻肺纤维化病理改变。

TPI1-K69位点的乙酰化修饰

代谢组学检测发现TPI1过表达细胞中乙酰辅酶A水平升高。乙酰化蛋白质组学鉴定出TPI1存在5个潜在乙酰化位点，其中K69位点修饰对TGF-β1响应最显著。K69Q（乙酰化模拟）突变缩短TPI1半衰期，而K69R（去乙酰化模拟）突变延长其稳定性。

p300和HDAC11介导TPI1乙酰化调控

筛选发现p300是TPI1主要乙酰转移酶，HDAC11是去乙酰化酶。TGF-β1增强HDAC11与TPI1结合并减弱p300相互作用。体外乙酰化实验证实p300可直接催化TPI1-K69乙酰化。

去乙酰化通过抑制K48泛素化稳定TPI1

HDAC11过表达减少TPI1的K48连接泛素化，而p300过表达促进其降解。蛋白酶体抑制剂MG132可逆转p300引起的TPI1下降，表明乙酰化通过泛素-蛋白酶体途径调控TPI1稳定性。

TPI1去乙酰化促进纤维化进展

IPF患者肺组织检测显示TPI1-K69乙酰化水平降低。在TPI1敲低细胞中回补K69R突变体比野生型更能促进纤维化表型和糖酵解活性，证实去乙酰化增强TPI1促纤维化功能。

CPP诱导TPI1乙酰化抑制IPF

设计的K69-Ac-Pep#4可特异性提高TPI1-K69乙酰化，剂量依赖性促进TPI1降解。动物实验证明该肽段能有效缓解小鼠肺纤维化，为靶向乙酰化治疗提供新策略。

本研究首次揭示HDAC11-TPI1乙酰化轴在IPF中的关键作用：TGF-β1通过增强HDAC11介导的TPI1-K69去乙酰化，抑制K48泛素化降解途径，导致TPI1积累并驱动纤维化进程。所开发的靶向乙酰化CPP为IPF治疗提供了超越传统代谢酶抑制的新思路，通过直接调控蛋白质翻译后修饰实现精准干预。该研究不仅深化了对代谢酶修饰与纤维化交叉调控的认识，也为开发基于蛋白质修饰的靶向疗法奠定了理论基础。