基质硬度通过LDHA-FOXO3-乳酸化轴调控胰腺导管腺癌自噬的机制研究

本研究针对胰腺导管腺癌(PDAC)中高硬度细胞外基质(ECM)如何通过代谢-表观遗传调控自噬的关键科学问题，通过可调刚度聚丙烯酰胺(PA)水凝胶模型，首次揭示基质硬度通过激活LDHA促进乳酸生成，诱导FOXO3表达及乳酸化修饰(Kla)，从而持续激活PDAC自噬的分子机制。该研究为PDAC靶向治疗提供了LDHA-FOXO3轴这一潜在干预靶点。

　　

胰腺导管腺癌(PDAC)被称为"癌中之王"，其五年生存率不足10%，而异常硬化的肿瘤微环境是推动PDAC恶性进展的关键因素。更令人困扰的是，这种由胶原过度沉积形成的"钢铁般"的基质不仅物理屏障阻碍药物递送，还会激活肿瘤细胞的自噬——这个"自我消化"机制本用于清除损伤细胞器，但在PDAC中却沦为肿瘤抵抗治疗、维持生存的"帮凶"。尽管临床尝试用羟氯喹(HCQ)抑制自噬，患者总生存期却未见改善，暗示背后存在未被认知的调控网络。

上海市徐汇区卫生系统高峰学科资助项目团队在《Biomaterials Advances》发表的研究，通过刚度可调的PA水凝胶模拟PDAC组织硬度梯度，结合深度乳酸化修饰分析(DeepKla)、免疫共沉淀(Co-IP)等技术，发现40kPa高硬度基质通过"力学-代谢-表观遗传"三级调控：首先激活乳酸脱氢酶A(LDHA)促使乳酸堆积，继而诱导转录因子FOXO3的过表达和乳酸化修饰，最终形成持续的自噬激活环路。这种硬度依赖的"机械记忆"效应甚至在细胞脱离原环境后仍能维持，为PDAC的复发耐药提供了新解释。

【主要技术方法】

研究采用不同交联度的PA水凝胶构建5kPa(模拟正常组织)和40kPa(模拟PDAC)刚度模型；通过LC3-II/I比值和自噬流检测评估自噬活性；采用Seahorse能量代谢分析仪检测糖酵解通量；运用DeepKla预测结合免疫印迹(WB)验证蛋白乳酸化位点；建立裸鼠移植瘤模型验证体内表型持续性。

【研究结果】

1. 硬基质触发PDAC细胞自噬：与5kPa软基质相比，40kPa硬度使MIA PaCa-2和PANC-1细胞LC3-II/I比值提升2.1-3.3倍，自噬小体数量显著增加。

2. LDHA介导硬度感知的代谢重编程：高硬度使LDHA活性提升180%，乳酸产量达软基质的2.8倍，而LDHA敲除完全阻断了硬度诱导的自噬。

3. FOXO3乳酸化修饰的桥梁作用：Co-IP证实硬度通过LDHA促进FOXO3第28位赖氨酸乳酸化(K28la)，该修饰既增强FOXO3蛋白稳定性，又激活其转录活性，形成正反馈环。

4. 体内验证机械记忆效应：经40kPa水凝胶预培养的PDAC细胞移植后，肿瘤体积比对照组大3.2倍，且保持高LC3表达和乳酸水平，提示硬度诱导的表观遗传修饰具有持久性。

【结论与意义】

该研究首次阐明"基质硬度-LDHA-乳酸-FOXO3乳酸化-自噬"的级联调控轴，突破性地揭示力学刺激通过代谢物诱导非组蛋白乳酸化修饰的表观遗传新机制。这不仅解释了PDAC对自噬抑制剂的耐药性——因为硬度持续激活的LDHA会不断"补给"乳酸化修饰，更为靶向肿瘤力学微环境的联合治疗策略提供了理论依据：如开发LDHA抑制剂联合基质软化疗法，或可突破当前PDAC治疗瓶颈。研究建立的硬度响应表观遗传调控模型，也为其他纤维化相关肿瘤的研究提供了范式参考。