《Phytomedicine》：Brusatol inhibits gastric cancer by targeting P4HA2 and supressing glycolysis-driven histone lactylation
编辑推荐：
BRU抑制胃癌进展通过代谢-表观遗传调控机制，包括靶向P4HA2降解、抑制糖酵解及H3K18lac修饰，进而下调TTK基因表达。
Kaiyuan Zhang|Xiaochen Ni|Chuhang Wang|Jianing Guo|Wei Fan|Tao Jiang|Guangji Zhang
浙江中医药大学基础医学科学学院，中国浙江310053
摘要
背景
Brusatol（BRU）是一种从Brucea javanica中提取的生物活性物质。研究表明，它具有抗胃癌（GC）的作用。然而，其在调节代谢-表观遗传相互作用中的作用仍不甚清楚。
目的
本研究旨在阐明BRU如何通过调节代谢重编程和组蛋白乳酸化来抑制胃癌的进展。
方法
我们使用BRU处理胃癌细胞系（AGS和MKN45）及异种移植模型。研究方法包括多组学分析、分子对接、CETSA、代谢检测和CUT&Tag测序。我们还通过过表达prolyl-4-hydroxylase亚基α-2（P4HA2）和乳酸拯救实验进行了功能验证。
结果
BRU选择性地抑制了胃癌细胞的增殖，同时对正常胃细胞的毒性很小。通过多组学方法发现，BRU处理显著抑制了糖酵解过程，这体现在关键酶的表达下调上。综合分析表明P4HA2是BRU直接结合的目标蛋白，并促进其溶酶体降解。P4HA2的抑制作用降低了糖酵解酶的活性，从而减少了乳酸的产生。随后，BRU通过抑制乳酸化“书写酶”HBO1，降低了组蛋白H3K9lac/H3K18lac的修饰水平。CUT&Tag结果显示，BRU降低了基因启动子处的H3K18lac occupancy。这种乳酸化水平的下降抑制了有丝分裂调节因子TTK的转录。在体内实验中，BRU抑制了肿瘤生长，并降低了Ki-67、PCNA、LDHA、Pan-Kla、H3K9lac和H3K18lac的水平。
结论
BRU通过靶向P4HA2，破坏糖酵解-组蛋白乳酸化信号通路，并下调TTK的表达，从而抑制胃癌的进展。这种代谢-表观遗传机制使BRU成为一种有前景的胃癌天然治疗药物。
引言
胃癌（GC）是全球第五大常见癌症，也是癌症导致的第四大死亡原因。据估计，每年新诊断出的胃癌病例超过一百万例，导致每年有超过65万人死亡（Sundar等人，2025年）。尽管诊断和治疗方法有了显著改进，但胃癌患者的总体预后仍然不佳。大多数患者被诊断为转移性或局部晚期疾病，这严重限制了根治性治疗的选择，往往需要姑息性治疗（Mamun等人，2024年）。虽然出现了靶向治疗和免疫治疗等新方法，但其效果往往有限，因为患者可能会对药物产生耐药性或出现严重副作用（Zeng和Jin，2022年）。因此，科学家们越来越关注天然生物活性化合物。这些化合物通常具有很强的抗肿瘤作用，并且安全性良好，被视为胃癌的潜在新治疗方法。
Brucea javanica是一种属于Simaroubaceae科的传统中药植物，其治疗成分来自成熟的干燥果实（Li等人，2021年）。Brucea javanica油乳剂注射液（BJOEI）作为一种主要提取物，已被广泛用于胃肠道肿瘤、肺癌及肺癌脑转移的联合化疗和姑息治疗（Wang等人，2021b；Nie等人，2012年）。在它的多种生物活性成分中，brusatol（BRU）是主要的抗肿瘤分子。事实上，如果去除BRU，BJOEI的抗癌效果会显著降低（Wang等人，2021a）。先前的研究表明，BRU通过多种机制对抗癌症，包括阻断Nrf2以提高化疗敏感性（Ren等人，2011年）、抑制全局蛋白质合成（Vartanian等人，2016年）、在缺氧条件下诱导HIF-1α降解（Oh等人，2017年）以及抑制肿瘤上皮-间质转化（EMT）（Zhou等人，2021年）。
prolyl-4-hydroxylase亚基2（P4HA2）基因编码胶原蛋白prolyl-4-hydroxylase的α亚基。该酶催化4-羟脯氨酸的形成，这是胶原蛋白生物合成中的关键步骤（Kaluz等人，2021年）。研究表明，P4HA2及其同源物P4HA1可以调节甲状腺癌（Li等人，2024年）和胶质母细胞瘤（Yang等人，2024年）等癌症中的糖酵解途径。然而，它们在葡萄糖代谢中的具体作用尚不清楚。由于Warburg效应，肿瘤中会积累大量乳酸，乳酸会诱导组蛋白赖氨酸的乳酸化，这是一种新发现的表观遗传修饰。这种修饰通过改变染色质结构直接促进基因转录（Zhang等人，2019年）。最新证据表明，组蛋白乳酸化，特别是H3K18lac，在多种生物过程中起着调节作用，包括肿瘤发生、进展、免疫逃逸和癌细胞的代谢重编程（Yang等人，2022年；Xiong等人，2022年；Yang等人，2023年；Chen等人，2025年）。
我们的研究发现，BRU降低了胃癌细胞中的糖酵解水平，这是通过降低P4HA2的表达实现的，进而减少了乳酸的分泌。乳酸水平的下降影响了组蛋白的乳酸化修饰，进而抑制了有丝分裂纺锤体组装检查点调节因子TTK的转录。我们的发现表明，BRU通过糖酵解-乳酸化的正反馈通路抑制胃癌的进展，使其成为临床胃癌治疗的潜在天然产物。
抗体和试剂
BRU购自Selleck（商品编号S7956），纯度为99.96%。其他所有抗体和试剂的详细信息见补充文件S2和S4。
细胞培养和处理
AGS（CL-0022）和MKN45（CL-0292）细胞系由武汉Pricella Biotechnology有限公司提供。按照供应商推荐的方案，MKN45细胞在添加了10%胎牛血清（FBS）的RPMI-1640培养基中培养，而AGS细胞则在含有10% FBS的F-12培养基中培养。
BRU选择性地抑制胃癌细胞增殖
BRU的化学结构如图1A所示。与报道的抗肿瘤特性一致（Chen等人，2021年），BRU对胃癌细胞表现出强效且选择性的细胞毒性。CCK-8检测显示，BRU显著抑制了AGS和MKN45细胞的活力，而对非恶性GES-1细胞的影响很小（图1B-D）。这种抗增殖作用通过浓度依赖性的DNA合成抑制（图1F-G）和克隆形成能力抑制（图1E）得到了验证。
BRU下调糖酵解相关基因表达
讨论
BRU是一种从Brucea sumatrana中提取的天然喹啉类化合物，近年来作为潜在的抗肿瘤剂受到了越来越多的关注（Cai等人，2019年）。本研究表明，BRU通过靶向P4HA2破坏糖酵解-组蛋白乳酸化轴，提供了一种基于天然产物的新型抗肿瘤治疗机制，通过代谢-表观遗传相互作用实现。实验表明，BRU促进了P4HA2的溶酶体降解，并下调了关键的糖酵解相关基因。
作者贡献
Kaiyuan Zhang：撰写-审稿与编辑、初稿撰写、项目管理、方法学研究、数据分析、数据整理。Xiaochen Ni：撰写-审稿与编辑、方法学研究、数据分析。Chuhang Wang：方法学研究、数据分析。Jianing Guo：撰写-审稿与编辑、方法学研究、数据分析。Wei Fan：研究工作。Tao Jiang：撰写-审稿与编辑、初稿撰写、项目监督、资金筹集。Guangji Zhang：撰写-审稿与
资助
本研究得到了浙江省自然科学基金（项目编号LQ23H270013）、国家自然科学基金区域创新发展联合基金重点支持项目（项目编号U23A20499）、国家自然科学基金（项目编号82204950）、国家自然科学基金重点项目（项目编号82030119）以及浙江中医药大学中医药发展专项基金（项目编号CY202302）的支持。
利益冲突声明
所有作者均声明没有可能影响本研究的财务或个人利益冲突。
