乳腺癌中新型组蛋白乳酸化修饰位点H4K79la和H4K91la的发现及其在代谢-表观遗传正反馈环路中的作用

本研究针对乳腺癌（BC）中代谢重编程与表观修饰的交互机制，首次揭示了组蛋白H4K79和H4K91乳酸化（H4K79la/H4K91la）通过激活糖酵解基因（LDHA/PGK1/HK1）形成正反馈环路，促进肿瘤进展。团队通过4D乳酸化修饰组学、ChIP-seq等技术证实P300介导的乳酸化修饰可作为乳腺癌治疗新靶点。

　　

在肿瘤微环境中，癌细胞通过瓦氏效应（Warburg effect）将大量葡萄糖转化为乳酸，这种代谢重编程现象长期被视为单纯的产能途径。然而近年研究发现，乳酸不仅是代谢废物，更可作为表观遗传修饰的底物——2019年发现的蛋白质赖氨酸乳酸化（Kla）修饰，为揭示代谢物调控基因表达提供了全新视角。尽管组蛋白H3K18la等位点功能已被解析，但组蛋白H4乳酸化修饰在乳腺癌中的作用仍是未解之谜。哈尔滨医科大学团队在《Journal of Experimental》发表的研究，首次绘制了乳腺癌乳酸化修饰全景图谱，并发现H4K79和H4K91两个新型乳酸化位点构成的代谢-表观遗传正反馈环路，为乳腺癌治疗提供了突破性靶点。

研究采用多组学联用策略：通过234例乳腺癌组织免疫组化（IHC）建立临床关联；利用4D标记定量乳酸化修饰组学分析乳腺癌细胞与正常细胞的修饰差异；结合ChIP-seq和RNA-seq筛选H4K79la/H4K91la靶基因；通过LDH抑制剂（GNE140）和钠乳酸（NaLac）处理验证功能回路。关键实验技术包括：临床样本队列分析（来自哈尔滨医科大学肿瘤医院）、4D乳酸化修饰组学（鉴定5495个修饰位点）、染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq定位启动子结合区域）、基因集富集分析（GSEA验证糖酵解通路）。

研究结果

1. 乳酸化修饰水平与乳腺癌不良预后相关

通过Western blot和IHC证实，乳腺癌组织全局Kla水平显著高于癌旁组织（p<0.001），且高Kla组患者总生存期更短（HR=2.1）。TCGA数据分析显示糖酵解通路在乳腺癌中异常活跃，与乳酸水平呈正相关。

2. 抑制乳酸化修饰抑制肿瘤恶性行为

沉默LDHA/LDHB或使用GNE140处理后，MDA-MB-468细胞的乳酸水平下降60%，伴随Kla修饰减少（p<0.01）。体外实验显示，联合敲除LDHA/LDHB使细胞迁移能力降低75%（p<0.001），而补充NaLac可部分逆转此效应。小鼠模型中，5mg/kg GNE140治疗使肿瘤体积缩小52%（p<0.0001）。

3. 乳酸化修饰组学揭示H4K79/H4K91超乳酸化

4D修饰组学在BC组织中发现1310个上调的乳酸化位点，其中组蛋白H4K79和H4K91修饰水平在肿瘤中升高3.2倍（p<0.0001）。质谱验证显示H4K91la肽段序列为CDVYAL-(lact)YK-RQGR。

4. 糖酵解/H4K79la/H4K91la/糖酵解基因正反馈环路

ChIP-seq显示H4K79la富集于LDHA、PGK1、HK1启动子区（峰值>5倍背景）。GNE140处理使这些基因表达降低40-60%，而NaLac处理则上调1.8-2.3倍（p<0.01）。TCGA数据验证LDHA与PGK1表达呈强相关（r=0.82, p<0.001）。

5. P300调控H4乳酸化修饰

P300抑制剂C646使全局Kla降低65%，H4K79la和H4K91la分别减少72%和68%（p<0.001）。ChIP-qPCR证实siP300处理使H4K79la在PGK1启动子的结合降低4.3倍（p<0.0001）。

结论与意义

该研究首次阐明组蛋白H4K79la和H4K91la通过激活糖酵解基因转录，形成"乳酸产生-组蛋白乳酸化-糖酵解基因激活"的正反馈环路，推动乳腺癌进展。发现P300作为乳酸转移酶调控此过程，为靶向代谢-表观遗传交叉调控的乳腺癌治疗提供新策略。修饰组学鉴定的5495个乳酸化位点，为后续研究开辟了广阔方向。