NUDT21乳酸化通过调控选择性多聚腺苷酸化促进食管鳞癌铜死亡抵抗的机制研究

本研究针对食管鳞状细胞癌(ESCC)中铜死亡抵抗机制不明的问题，揭示了L-乳酸诱导的NUDT21 K23位点乳酸化通过增强CFIm复合体形成，驱动FDX1 mRNA 3'UTR延长并降低其蛋白表达，从而介导铜死亡抵抗的创新机制。研究人员发现AARS1/HDAC2动态调控NUDT21乳酸化水平，临床样本分析显示LDHAhigh/NUDT21high患者预后更差，而联合靶向LDHA抑制剂司替戊醇(stiripentol)与铜离子载体elesclomol可协同抑制肿瘤生长。该研究发表于《Cell Discovery》，为代谢重编程与表观遗传调控的交叉领域提供了新见解。

　　

在肿瘤微环境研究中，乳酸作为糖酵解终产物的非代谢功能日益受到关注。传统认知中，乳酸仅是缺氧条件下的能量替代物，但近年发现其衍生的蛋白质乳酸化修饰(lactylation)能直接调控基因表达。与此同时，铜死亡(cuproptosis)作为新发现的程序性死亡方式，通过铜离子依赖性诱导FDX1介导的线粒体蛋白毒性应激，为癌症治疗带来新思路。然而，高糖酵解活性的肿瘤如何协调代谢与死亡抵抗机制，特别是乳酸是否通过转录后调控影响铜死亡敏感性，仍是未解之谜。

中山大学肿瘤防治中心的研究团队通过多组学分析发现，L-乳酸可通过诱导3'端加工关键因子NUDT21的K23位点乳酸化，促进FDX1 mRNA远端多聚腺苷酸化位点(dPAS)选择，导致其3'非翻译区(3'UTR)延长和蛋白表达下降，最终赋予食管鳞癌铜死亡抵抗能力。该研究阐明了AARS1-HDAC2轴动态调控NUDT21乳酸化的分子机制，临床队列分析证实NUDT21^K23la水平与患者不良预后显著相关，而靶向乳酸代谢与铜死亡的联合策略展现出显著协同抗肿瘤效果。相关成果发表于《Cell Discovery》期刊。

关键技术方法包括：对251例ESCC临床样本进行免疫组化分析；采用PAS-seq技术在全转录组水平解析3'UTR长度变化；通过LC-MS/MS鉴定NUDT21乳酸化位点；构建NUDT21 K23R点突变体验证功能特异性；使用铜离子载体elesclomol-Cu²⁺建立铜死亡模型；结合裸鼠移植瘤实验评估联合治疗效果。

L-lactate drives APA reprogramming in ESCC
研究人员首先发现高表达乳酸脱氢酶LDHA的ESCC患者呈现远端PAS(dPAS)偏好性。通过PAS-seq技术证实L-乳酸(非D-乳酸)处理导致70.6%的基因发生3'UTR延长，其中FDX1的dPAS选择使其mRNA稳定性降低。荧光素酶报告实验显示，仅含长3'UTR的FDX1变体响应乳酸调控。

L-lactate promotes NUDT21 lactylation
乳酸化蛋白质组学筛选发现NUDT21是3'端加工复合体中乳酸化程度最高的组分。机制研究表明，氨酰tRNA合成酶AARS1作为"书写酶"催化NUDT21 K23乳酸化，而组蛋白去乙酰化酶HDAC2发挥"擦除酶"功能。体外实验证实AARS1直接结合并乳酸化NUDT21。

NUDT21 K23 lactylation promotes dPAS usage of FDX1
位点突变实验锁定K23为关键乳酸化位点，质谱数据表明该位点乳酸化水平显著高于其他候选位点。NUDT21通过识别FDX1的UGUA基序促进dPAS选择，而K23R突变体丧失此功能。值得注意的是，乙酰化修饰不能替代乳酸化的调控作用。

Lactylation of NUDT21 facilitates CFIm complex formation
乳酸化增强NUDT21与CPSF6的相互作用，形成完整的CFIm复合体。邻近连接技术(PLA)显示乳酸处理增加NUDT21-CPSF6核内焦点，而K23R突变消除此效应。RIP-qPCR证实乳酸化NUDT21对FDX1 mRNA的结合能力依赖于CPSF6。

Lactylation of NUDT21 confers resistance to cuproptosis
功能实验表明，NUDT21缺失使ESCC细胞对elesclomol-Cu²⁺敏感性增加10倍，且该效应可被铜螯合剂TTM逆转。动物实验证实，NUDT21^K23R突变体肿瘤对铜死亡诱导剂的响应与β-alanine处理组相当，而FDX1敲除可完全挽救NUDT21缺失表型。

临床转化价值
251例患者队列分析显示，NUDT21^K23la水平与LDHA表达正相关(r=0.62)，与FDX1负相关(r=-0.58)。FDA批准的LDHA抑制剂司替戊醇与elesclomol联用，在移植瘤模型中产生显著协同效应(tumor volume减少68%)，且未观察到明显毒性。

该研究首次建立了"乳酸-AARS1-NUDT21-FDX1-铜死亡"的级联调控轴，揭示了代谢物通过动态修饰RNA加工因子重编程转录组的新范式。从转化医学角度看，针对ESCC特有的"高乳酸-高铜"微环境，提出代谢干预与金属离子疗法相结合的精准治疗策略。特别值得注意的是，研究团队巧妙利用临床已有药物(stiripentol)进行老药新用，为加速疗法转化提供了现实路径。这些发现不仅拓展了对APA调控复杂性的认知，也为理解肿瘤代谢适应性抵抗提供了新视角。