《Cell Proliferation》：Lactate and Lactylation: What We Know and What We Expect in Tumour Progression
编辑推荐：
2017年，乳酸（lactate）被提出不仅是无氧糖酵解代谢产物，还是参与线粒体三羧酸循环（TCA）的碳源。乳酸发挥多种生物学调控作用，如作为能源物质、信号分子和免疫调节分子。越来越多的证据表明，肿瘤微环境（TME）中的乳酸积累是癌症的标志性特征。然而，乳酸在
2017年，乳酸（lactate）被提出不仅是无氧糖酵解代谢产物，还是参与线粒体三羧酸循环（TCA）的碳源。乳酸发挥多种生物学调控作用，如作为能源物质、信号分子和免疫调节分子。越来越多的证据表明，肿瘤微环境（TME）中的乳酸积累是癌症的标志性特征。然而，乳酸在癌症进展中作用的具体机制仍不清楚。近期研究表明，包括乳酸在内的多种代谢物可以浓度依赖的方式调控表观遗传修饰。本综述讨论了该领域在乳酸和乳酸化（lactylation）如何加速癌症进展方面的研究进展。对本文所讨论研究的综合可为识别肿瘤快速进展的新机制提供理论基础，并为癌症治疗提供进一步见解。
1 引言
乳酸曾被视为代谢废物，但随着Warburg效应和乳酸穿梭理论等概念的出现，研究人员认识到"代谢废物"这一描述并不准确。与正常组织相比，癌组织中乳酸浓度可高达10–30 mM，并能促进血管生成、免疫逃逸和肿瘤进展。因此，研究人员假设乳酸是恶性肿瘤发展的关键分子。代谢近期被认为是表观遗传修饰的调控因素。研究表明，多种代谢物可通过翻译后修饰调控染色质结构和功能及基因转录，如S-腺苷甲硫氨酸驱动的甲基化、乙酰辅酶A驱动的乙酰化和β-羟丁酸驱动的丁酰化。细胞代谢与表观基因组相互作用以重塑染色质并调控基因表达，从而促进包括癌症在内的多种疾病的进展。这引出了一个问题：乳酸是否也能通过表观遗传修饰参与肿瘤进展？在此背景下，乳酸驱动的乳酸化作为一种新型代谢表观遗传密码被提出，并推测其在癌症发展中发挥重要作用。本综述聚焦于乳酸在乳酸化中的转化及其在肿瘤进展中的相关机制。
2 癌症中的乳酸
2.1 乳酸的产生与转运
葡萄糖代谢产生的丙酮酸既可转化为乙酰辅酶A进入线粒体参与三羧酸（TCA）循环，也可被乳酸脱氢酶（LDH）催化生成乳酸。对于多种癌症类型，即使在氧气充足的情况下，也依赖糖酵解和乳酸发酵来产生能量，而非相对高效的氧化磷酸化，这被称为"Warburg效应"。LDH催化丙酮酸与乳酸之间的可逆转化，由LDHA和LDHB两个亚基组成。由于其对丙酮酸的高亲和力，LDHA是糖酵解和乳酸生成的关键酶。癌细胞中LDHA水平升高通过增加乳酸产生形成酸性微环境，增强免疫抑制细胞数量并减少细胞溶解性细胞数量，最终导致免疫抑制和免疫逃逸。乳酸与细胞微环境之间的通讯依赖于单羧酸转运蛋白（MCTs）。MCTs有四种亚型：MCT1–4。MCT1在组织中广泛表达，而其他亚型具有组织特异性。MCT1是一种被动同向转运体，随质子一起转运乳酸；MCT2富集于肝脏，参与乳酸驱动的糖异生；MCT3参与视网膜色素上皮与脉络丛上皮细胞之间的乳酸交换；MCT4对乳酸的亲和力最低，但仍促进乳酸外排。乳酸转运还取决于跨膜乳酸浓度差、pH以及其他MCT底物（如酮体、乙酸、丙酮酸和丁酸）的水平。MCT1、MCT2和MCT4的表达在多种癌细胞系中被报道上调。MCTs需要与跨膜糖蛋白紧密结合以确保正确折叠和转运至细胞表面。例如，MCT1/4特异性结合CD147/BASIGIN（BSG），其表达在几乎所有肿瘤中上调，与组织学类型和肿瘤进展密切相关。BSG敲低通过降低MCT1/4表达和增加细胞内乳酸水平抑制肿瘤生长。G蛋白偶联受体（GPR）-81作为一种代谢传感器，在乳酸与免疫细胞之间传递信息，形成乳酸–GPR81信号通路，在巨噬细胞和树突状细胞中发挥旁分泌免疫抑制功能。晚期肿瘤处于缺氧状态，可分泌大量乳酸，降低微环境pH，从而维持乳酸稳态并促进肿瘤生长和转移。乳酸稳态由组织和功能特异性MCTs调控。紫杉醇耐药乳腺癌细胞中MCT1表达升高伴随葡萄糖代谢和乳酸产生增加。相反，靶向阻断MCT1后，细胞内乳酸积累可导致内源性细胞毒性和细胞凋亡。此外，乳酸稳态依赖于pH、细胞内和细胞外乳酸水平以及乙酸、丙酮酸和酮体等其他MCT底物的浓度。
2.2 肿瘤微环境中的乳酸
肿瘤微环境由多种细胞组成，包括癌细胞、免疫细胞和癌相关成纤维细胞（CAFs），以及细胞外基质、代谢物和生长因子。癌细胞和CAFs由于数量庞大是主要的乳酸产生者。主要表达MCT4的细胞外排乳酸，而富含MCT1的细胞摄取乳酸作为能源，在TCA循环中转化为丙酮酸供能，这被称为"反向Warburg效应"。原则上，肿瘤细胞被识别为异常细胞并被免疫细胞清除。然而，肿瘤细胞可通过乳酸积累逃避免疫细胞。乳酸降低自然杀伤（NK）细胞内的pH，导致线粒体功能障碍和凋亡。自然杀伤T（NKT）细胞是发挥抗肿瘤活性的免疫细胞。乳酸阻止NKT细胞分泌干扰素-γ和白细胞介素（IL）-4，并通过阻断mTOR信号干扰NKT细胞活化。高浓度乳酸损害CD8+ T细胞功能并可诱导NK细胞凋亡。乳酸还被报道通过MCT1/NF-κB/COX-2通路诱导中性粒细胞上PD-L1表达，从而抑制T细胞细胞毒性。乳酸不仅通过HIF-1α诱导血管内皮生长因子（VEGF）和精氨酸酶1（Arg1）表达，还在乳腺癌中激活ERK/STAT3信号，最终促进巨噬细胞向M2型极化。乳酸诱导的M2巨噬细胞分泌的趋化因子CCL17抑制树突状细胞成熟、限制抗原呈递并招募调节性T细胞（Treg细胞），从而促进垂体腺瘤细胞侵袭。一旦营养缺乏，Treg细胞利用乳酸增殖并增强免疫抑制功能。除HIF-1α通路外，乳酸以mTORC1依赖的方式抑制转录因子EB（TFEB）介导的巨噬细胞特异性液泡ATP酶亚基ATP6V0d2的表达。ATP6V0d2靶向上调的HIF-2α水平随后通过激活VEGF和Arg1的转录促进肿瘤生长和转移。相反，多项研究提出乳酸增强Toll样受体4信号、NF-κB依赖的炎症基因转录以及巨噬细胞的促炎效应。一般而言，乳酸驱动的免疫逃逸通过自分泌（肿瘤细胞）和旁分泌（免疫细胞、内皮细胞和脂肪细胞）途径结合GPR81实现。GPR81激活后，cAMP和蛋白激酶A信号被抑制，促炎细胞因子产生减少，IL-10等调节因子的活性被诱导。此外，乳酸通过激活HIF-1α通路诱导VEGF和碱性成纤维细胞生长因子活性并刺激NF-κB/IL-8信号，以促进血管内皮细胞的血管生成。乳酸还诱导癌细胞周围基质中透明质酸表达，从而增加癌细胞运动性和血管生成。因此，乳酸通过抑制NK、NKT和CD8+ T细胞的活化和增殖，诱导Treg增殖和巨噬细胞M2型极化，以及调节免疫因子来促进免疫抑制和逃逸，最终导致肿瘤进展。
2.3 乳酸在肿瘤进展中的作用
除作为能源和促进免疫抑制外，乳酸还通过调控干性和遗传修饰驱动肿瘤进展。据报道，乳酸可使肿瘤转移增加10倍，提示乳酸可能促进癌细胞干性。转录分析进一步表明，乳酸增加干性相关基因的转录水平，这些基因对癌症干细胞（CSC）生成、肿瘤复发和转移至关重要。乳酸还被报道通过增加ERK1/2磷酸化和降低E-钙黏蛋白表达增强乳腺癌细胞的运动性和侵袭性。值得注意的是，乳酸作为HDAC抑制剂已被发现通过乙酰化和乙酰化相关基因表达加速肿瘤进展。这些发现首次将乳酸与代谢和表观遗传学联系起来。
3 乳酸化的发现
2019年，Di Zhang等描述了一种未知的组蛋白修饰——乳酸化，并使用同位素标记的乳酸进行代谢示踪，证明乳酸贡献于组蛋白乳酸化。此外，缺氧、M1巨噬细胞极化、外源性葡萄糖和有利于糖酵解的抑制剂鱼藤酮被发现促进乳酸化，而糖酵解抑制则减弱乳酸化。
3.1 底物
乳酰辅酶A的发现揭示了从乳酸到乳酸化的转变。乳酰辅酶A的丰度低于常见的乙酰辅酶A。组蛋白赖氨酸乳酸化发生在M1极化过程中乙酰化之后，可能由酰基辅酶A和乳酰辅酶A的浓度决定。此外，乳酸可在丙氨酰-tRNA合成酶1（AARS1）和AARS2的辅助下作为底物直接添加到蛋白质上。非酶促赖氨酸乳酸化已有报道。糖酵解产生的谷胱甘肽（GSH）和甲基乙二醛被乙二醛酶1催化产生乳酰谷胱甘肽（LGSH）。后者随后被乙二醛酶2转化为GSH和D-乳酸。LGSH是非酶促酰基转移的核心，即将LGSH中的乳酸部分转移至蛋白质Lys残基，从而形成"LactoylLys"修饰。
3.2 书写器、擦除器和阅读器
最初，Zhang等提出乳酸化的潜在候选酶是乙酰转移酶p300。在细胞分化过程中，p300介导的乳酸化和乙酰化在多能性基因（如Oct4、Sall4和cMyc）的启动子区域过表达。HCT116和HEK293T细胞中p300的耗竭显著降低组蛋白乳酸化水平。TIP60是组蛋白乙酰转移酶MYST亚家族的成员，通过调控NBS1的乳酸化参与DNA修复。AARS1和AARS2直接利用乳酸作为底物修饰蛋白质的乳酸化。AARS1直接感知乳酸并以ATP依赖的方式介导肿瘤抑制因子P53 DNA结合区域的乳酸化。乳酸化的P53无法结合DNA发挥其肿瘤抑制功能，导致肿瘤进展。AARS1乳酸化YAP通路以促进胃癌进展。其他乳酸转移酶包括HAT1、KAT2A（GCN5）、KAT8（MOF）、ME-PCT和RE-PCT。I类组蛋白去乙酰化酶（包括HDAC1–3）是赖氨酸去乳酸化酶，其中HDAC3是最高效的擦除器，HDAC1和HDAC3具有位点特异性。HDAC1–3和p300通过在多种癌症（如白血病以及前列腺癌、胃癌和结直肠癌）中调控乳酸化展现致瘤能力。肝癌中HDAC1–3和p300的表达与B细胞和M2巨噬细胞浸润相关。SIRT3是另一种去乙酰化酶，已被报道具有轻微的去乳酸化作用，并使非组蛋白周期蛋白E2去乳酸化以抑制肝细胞癌进展。SIRT3还是食管鳞状细胞癌中H3K9乳酸化的特异性擦除器。其他擦除器已被确认，包括SIRT1和SIRT2。在SIRT1高表达的胃癌细胞中，H19启动子处H3K18的乳酸化显著降低，从而导致H19表达下降。H19的抑制削弱LDHA和H3K18乳酸化水平。SIRT6也表现出去乳酸化酶活性，特别是在H3K9和H3K18位点。DPF2可能是宫颈癌中H3K14乳酸化的效应器。据报道，DPF2可能通过其双PHD指识别H3K14的乳酸化，并与乳酸化的H3K14在癌基因启动子处共定位以激活基因转录。一些研究表明，Brg1可能在Dux介导的诱导多能干细胞重编程过程中识别多种干性和上皮黏附相关基因启动子处的H3K18乳酸化。
4 癌症中的乳酸化
4.1 肿瘤微环境中的乳酸化
关于肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）中乳酸化与Arg1相关性的研究突出了乳酸化在肿瘤免疫中的作用。研究人员通过从B16F10黑色素瘤和LLC1肺癌中分离的TAMs检测到修复性M2中组蛋白乳酸化与Arg1之间的正相关，且独立于乙酰化。高表达Arg1的巨噬细胞被发现共表达PD-L1和Trem2以保护肿瘤细胞免受炎症，因此被称为调节性巨噬细胞。研究人员推测组蛋白乳酸化是通过Arg1表达使巨噬细胞向调节性巨噬细胞转化的重要因素。调节性巨噬细胞进一步抑制多克隆T细胞以促进肿瘤生长。乳酸化还参与宫颈癌中巨噬细胞极化的调控。宫颈癌细胞分泌的乳酸通过促进GPD2表达诱导巨噬细胞向M2型极化。在宫颈癌中，小分子蛋白ICAT激活c-Myc–ENO1–糖酵解通路，上调H3K18乳酸化和Arg1表达，并诱导M2巨噬细胞表达。类似的乳酸化依赖性M2巨噬细胞极化发生在胶质瘤和膀胱癌中。胶质母细胞瘤分泌的因子促进单核细胞来源巨噬细胞的高糖酵解和乳酸产生，进一步诱导IL-10表达并抑制T细胞活性。血管细胞黏附分子1（VCAM1）参与炎症反应的调控。在胃癌中，高水平乳酸化促进VCAM1表达，以AKT–mTOR1通路依赖的方式增加趋化因子CXCL1的表达。这导致上皮–间质转化和M2巨噬细胞招募，从而促进免疫抑制和胃癌进展。胰腺癌中高H3K18乳酸化可激活乙酰辅酶A乙酰转移酶（ACAT2）的转录，ACAT2可乙酰化线粒体载体同源物2以稳定其表达并破坏氧化磷酸化，从而促进乳酸产生和ACAT2的再激活。这一正反馈环路协助小细胞外囊泡分泌胆固醇并促进巨噬细胞向M2型极化。乳酸还被报道增加Treg细胞中膜组织延伸刺突蛋白（MOESIN）Lys72位点的乳酸化。乳酸化的MOESIN与转化生长因子β受体I相互作用以激活转化生长因子β及下游SMAD3信号。最终，叉头框P3（FOXP3）转录因子高水平表达以维持Treg细胞的免疫抑制功能。临床上，对抗PD-1治疗有应答的患者中Treg细胞MOESIN乳酸化水平低于无应答者，提示MOESIN乳酸化升高可能与免疫抑制性Treg表型和对PD-1阻断反应性降低相关。与单独抗PD-1治疗相比，抗PD-1联合LDH抑制剂具有更强的抗肿瘤效果。在恶性胸腔积液（MPE）的Treg细胞中，高水平乳酸可通过促进NF-κB p65的H3K18乳酸化逐渐增强NF-κB p65和肿瘤坏死因子受体2（TNFR2）的表达，从而增强Treg细胞的免疫抑制效应和肿瘤恶性程度。TNFR2+ Treg细胞还可被乳酸和CAFs分泌的趋化因子配体CXCL16招募，在MPE中发挥免疫抑制作用。与Treg细胞类似，一小群表达FOXP3的NKT细胞似乎促进肿瘤进展而非发挥抗肿瘤活性。例如，在肝细胞癌中，FOXP3+ NKT细胞比例较高，影响临床结局。在MPE中，FOXP3+ NKT细胞的糖酵解和丙酮酸代谢增加，MCT1和LDHB表达也增加。乳酸摄取和产生增加通过促进FOXP3启动子的组蛋白乳酸化上调FOXP3表达，最终产生促肿瘤免疫环境。一些研究提出PD-L1的乳酸化是细胞毒性T细胞抗肿瘤应答中免疫逃逸的机制之一。STAT5通过促进组蛋白乳酸化促进PD-L1表达，从而抑制T细胞活化并驱动急性髓系白血病中的免疫抑制。在非小细胞肺癌中，H3K18乳酸化激活孔膜蛋白121，进一步促进MYC与CD274启动子结合，诱导PD-L1表达和免疫抑制。胃癌中高表达的紧密连接蛋白9通过PI3K–AKT–HIF-1α通路进一步激活糖酵解，促进PD-L1的乳酸化并抑制CD8+ T细胞的抗肿瘤活性。在头颈部鳞状细胞癌中，高水平H3K9乳酸化促进IL-11表达，随后激活JAK2–STAT3通路以增强免疫检查点基因表达并导致CD8+ T细胞失调。糖酵解抑制剂与抗PD-1抗体的联合可被认为是恢复CD8+ T细胞抗肿瘤活性的癌症治疗新方向。甲基转移酶样3（METTL3）是促进肿瘤浸润髓系细胞m6A修饰的MTase复合物核心，与结肠癌中的免疫抑制和不良预后相关。结直肠癌的酸性微环境诱导METTL3的H3K18乳酸化以上调METTL3表达，通过增强Jak1 mRNA的m6A修饰促进Jak1 mRNA的翻译。下游STAT3信号被激活以增加IL-6、IL-10和iNOS等因子的表达。最终，METTL3–m6A–Jak1–STAT3轴诱导的免疫调节因子增强免疫抑制并促进结肠癌生长。研究人员试图将乳酸化与免疫治疗联系起来。一项研究提出LDHA抑制剂可辅助CAR-T细胞抗肿瘤治疗。LDHA抑制剂草酸盐被发现降低肿瘤微环境中H3K18的乳酸化，从而减少CAR-Treg细胞数量和CD39、CD73和CCR8基因启动子活性，导致胶质母细胞瘤干细胞葡萄糖代谢重编程和肿瘤免疫激活。血管生成对肿瘤进展至关重要，为细胞存活提供氧气和营养支持。在黑色素瘤中，乳酸和乳酸化介导内皮细胞中致瘤性抑制2的转录活性，从而增加内皮细胞对具有促血管生成特性的IL-33的敏感性。在前列腺癌中，乳酸上调HIF-1α乳酸化以稳定HIF-1α，即使在氧气充足的情况下也是如此。HIF-1α随后可通过增强KIAA1199（一种透明质酸结合蛋白）表达促进血管生成和血管拟态。因此，乳酸化使酸性微环境能够调节多种免疫细胞和免疫因子的活性并促进血管生成，为肿瘤生长提供有利的微环境（图1）。
4.2 肿瘤进展中的乳酸化
4.2.1 乳酸化与癌基因表达
除代谢作用外，乳酸还作为信号分子或促炎因子参与肿瘤进展。此外，高糖酵解条件下的乳酸水平升高可作为表观遗传调控因子驱动下游癌基因表达。YTH N6-甲基腺苷RNA结合蛋白2（YTHDF2）是一种m6A阅读器，通常识别mRNA 3′-UTR中的m6A并降低mRNA稳定性；此外，它已被证实在多种肿瘤进展中发挥关键作用。乳酸化在人眼黑色素瘤中高表达，并与临床结局负相关。机制上，YTHDF2启动子区域H3K18的乳酸化激活YTHDF2表达。随后，YTHDF2识别PER1和TP53 mRNA（两个肿瘤抑制基因）3′-UTR中的m6A并促进其降解，从而加速眼黑色素瘤增殖、迁移和克隆形成。类似地，H3K18乳酸化介导的YTHDF2上调通过降低肿瘤抑制因子分泌型卷曲相关蛋白2的表达促进非小细胞肺癌的干性。在结肠癌细胞中，脂多糖通过诱导LINC00152启动子的H4K8乳酸化促进LINC00152表达，从而抑制炎症反应并促进癌细胞迁移和侵袭。在乳腺癌中，乳酸增加癌基因c-Myc启动子的H3K18乳酸化以上调c-Myc表达，随后促进丝氨酸/精氨酸剪接因子10驱动MDM4和Bcl-x的选择性剪接，最终促进肿瘤进展。癌基因DCBLD1（含盘状结构域、CUB和LCCL结构域的I型蛋白）促进宫颈癌肿瘤细胞侵袭和转移。乳酸进一步激活HIF-1α，促进HIF-1α在DCBLD1启动子区域的富集，并驱动DCBLD1 K172的乳酸化。高表达的DCBLD1以葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）依赖的方式激活戊糖磷酸途径以加速宫颈癌进展。
4.2.2 乳酸化与代谢失调
乳酸化显示出对多种代谢通路中酶的偏好性，包括TCA循环以及碳水化合物、氨基酸、脂肪酸和核苷酸代谢。在非小细胞肺癌中，乳酸通过组蛋白乳酸化降低糖酵解相关酶（如己糖激酶-1和丙酮酸激酶）的表达，同时上调TCA循环相关酶（如琥珀酸脱氢酶和异柠檬酸脱氢酶）的表达。这削弱了葡萄糖摄取和糖酵解，导致代谢紊乱。TCA循环是一种氧依赖性代谢通路。在肾细胞癌中，TCA循环的苹果酸脱氢酶2（MDH2）在低糖高乳酸微环境中成为乳酸化靶点。当MDH2的K239位点发生乳酸化时，MDH2的酶活性增加，促进ATP和NADPH的生成，缓解氧化应激并维持线粒体功能，从而促进肾细胞癌进展。G6PD的乳酸化激活戊糖磷酸途径，使糖酵解与戊糖磷酸途径之间的相互作用促进肿瘤进展。在仑伐替尼耐药的肝细胞癌中，m6A阅读器IGF2BP3乳酸化水平升高促进磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（PCK2）的表达。作为糖异生的关键酶，PCK2为丝氨酸合成提供底物并驱动丝氨酸代谢重编程。吡咯啉-5-羧酸还原酶1（PYCR1）是脯氨酸代谢的关键酶，在包括膀胱癌在内的多种肿瘤中高表达。缺氧促进PYCR1表达并加速糖酵解和乳酸积累。乳酸驱动的谷氨酰胺转运体基因SLC6A14的H3K18乳酸化促进其转录并驱动谷氨酰胺分解代谢，导致膀胱癌细胞的增殖和转移。在KRAS突变的结直肠癌中，乳酸高表达和H3K9的乳酸化修饰可促进胆固醇转运体GRAM结构域包含蛋白1A的转录表达，随后胆固醇代谢驱动肿瘤进展。类似的代谢紊乱发生在肝细胞癌中。肿瘤组织中的乳酸化蛋白几乎与所有失调的代谢通路相关，尤其是脂肪酸和支链氨基酸的降解。支链氨基酸降解通路的上调乳酸化可能与肿瘤进展相关。临床样本的致病特征始终与多种代谢通路中乳酸化蛋白的上调相关。例如，AFP升高、癌栓和肿瘤直径分别与氨基酸合成、糖酵解和剪接体通路相关。腺苷酸激酶（AK2）是能量代谢的关键酶，参与ATP末端磷酸基团向AMP的可逆转移，生成ADP。先前的研究表明，高AK2-K28乳酸化的肿瘤伴随药物和视黄醇代谢下调以及DNA复制和核苷酸切除修复过程上调。此外，高AK2-K28乳酸化的肿瘤在糖异生、氨基酸合成、脂肪酸代谢和抗原呈递中显示乳酸化水平升高，这些均促进肝细胞癌的恶性程度。
4.2.3 乳酸化与细胞周期紊乱
代谢差异与细胞周期密切相关。在HeLa细胞中，G1期葡萄糖代谢由TCA循环介导，而S期依赖糖酵解。在研究细胞周期在多种生物学过程中的作用时，Lin等发现一些乳酸化蛋白参与调控细胞周期。作者观察到一些非组蛋白，如14–3-3蛋白γ/ε/ζ和高迁移率族蛋白B1，具有乳酸化位点。控制G1/S转换的周期蛋白E2已被发现通过K348位点乳酸化促进肝细胞癌细胞的增殖、侵袭和迁移。蜂王酸是一种主要的不饱和脂肪酸，通过减少乳酸产生和抑制H3K9和H3K14乳酸化诱导肝癌细胞S期细胞周期阻滞并干扰细胞增殖。细胞周期失调导致化疗耐药。肺癌驱动脑转移中的培美曲塞耐药与醛酮还原酶家族1成员B10相关，后者促进LDHA表达和乳酸产生。这导致细胞周期相关基因CCNB1启动子的H4K12乳酸化增加，从而加速DNA复制和细胞周期，导致对培美曲塞的获得性耐药。细胞周期相关蛋白和基因中乳酸化的发现可能进一步揭示细胞周期与肿瘤进展的相关性，并有助于开发基于细胞周期的癌症治疗。
4.2.4 乳酸化与自我更新能力
自我更新是干细胞和CSCs的定义特征，通常由表观遗传和代谢网络调控。胶质样转录因子1作为一种重编程因子，激活糖酵解并增加乳酸水平，在多能性因子Oct4、Sall4和Mycn的启动子处富集乳酸化，最终诱导多能性。与干细胞类似，CSCs具有自我更新能力和致瘤性。CSCs上调H3K9和H3K56乳酸化以诱导肝细胞癌的致瘤性，这可被三萜类抗肿瘤化合物去甲泽拉木醛抑制。结肠癌中的H3K18和H4K12可促进干性和CSC进展。CSCs中高水平的糖酵解促进醛缩酶A（ALDOA）K230/322位点的乳酸化，精确抑制ALDOA与DDX17之间的紧密结合，从而加强DDX17对干细胞自我更新能力的调控作用。乳酸还诱导肝癌细胞中TWIST1的K33乳酸化，促进其转运入核并调控上皮–间质转化相关基因的表达，包括MYC和SNAIL2的上调以及CDH1的下调。多项研究表明Wnt/β-catenin信号通路是维持CSC自我更新的关键信号之一。进一步研究表明β-catenin与细胞增殖、分化和致瘤性等多种生物学行为相关。近期研究表明β-catenin在缺氧结直肠癌中高表达并促进癌细胞生长和干性。机制上，缺氧诱导β-catenin的乳酸化以增强其蛋白稳定性并促进β-catenin介导的恶性行为。一旦β-catenin被敲低，缺氧诱导的结直肠癌细胞增殖和干性生成可被阻止，并可通过Wnt通路激动剂挽救。缺氧还诱导干性基因和代谢酶的乳酸化以产生干性并加速结肠癌、非小细胞肺癌和食管癌的肿瘤进展。
4.2.5 乳酸化与细胞死亡
SLFN5是一种促凋亡因子，在三阴性乳腺癌中被高水平乳酸和H4K12乳酸化抑制。这降低了SLFN5启动子活性和转录，从而抑制随后的凋亡通路并增加肿瘤恶性程度。与凋亡不同，铁死亡和铜死亡等新型细胞死亡形式已被发现并证实与肿瘤发展密切相关。前者是由铁依赖性脂质过氧化驱动的死亡模式，而后者是由铜离子诱导的线粒体依赖性细胞死亡。结直肠CSCs中H4K12的乳酸化通过促进下游基因GCLC（谷氨酸-半胱氨酸连接酶催化亚基）的表达抑制铁死亡，最终促进肿瘤进展。KRAS突变的癌细胞依次激活MEK/ERK和LDHA/乳酸信号通路，促进谷氨酸-半胱氨酸连接酶调节亚基（GCLM）的乳酸化，导致GSH增加、脂质过氧化减少和铁死亡抵抗。肿瘤微环境中的乳酸和乳酸化还使肿瘤细胞对铁死亡产生抵抗。CAFs构建的酸性微环境与三阴性乳腺癌细胞乳酸化修饰升高相关，促进ZFP64高表达并抑制铁死亡，导致对多柔比星耐药性增加。铁死亡也发生在免疫细胞中，TAMs中ACSL3的乳酸化可增强铁死亡抵抗并维持M2极化，从而促进结直肠癌进展。此外，结直肠癌中的乳酸–IGF2BP2–Nrf2–GPX4和PRMT5 K240la–ALKBH5–SLC7A11轴、胆管癌中的L-乳酸/PSMD14/ENO1轴、胃癌腹膜转移中的GLUT3–H3K18la–MAPKAP1轴、非小细胞肺癌中的β-catenin K193la–TCF4–GPX4轴以及卵巢癌中的H3K18la–TRA2A–STIL轴均有助于铁死亡抵抗和抗氧化防御机制的建立。乳酸化还与胃癌中的糖酵解和铜死亡相关。当肿瘤细胞受到铜应激时，AARS1/2促进METTL16 K229位点的乳酸化。乳酸化的METTL16通过m6A修饰上调铜死亡调节因子FDX1的表达，从而驱动铜死亡。NAT10催化N4-乙酰胞苷修饰（ac4C）。NAT10的乳酸化增强其催化活性，从而催化下游铜死亡相关DLAT mRNA的ac4C修饰，促进DLAT表达并诱导结直肠癌细胞铜死亡，这可被SIRT1逆转。这些发现突出了乳酸化通过底物特异性调控METTL16和NAT10促进铜死亡的潜在肿瘤抑制作用。乳酸化相关自噬促进肿瘤进展。ULK1是自噬中最重要的蛋白激酶之一，诱导LDHA磷酸化以增加其酶活性，导致乳酸产生和Vps34等蛋白的乳酸化。Vps34是自噬的关键调控因子，肺癌和胃癌中Vps34的乳酸化可促进癌细胞自噬以加速肿瘤进展。作为自噬增强剂，RUBCNL通过促进贝伐珠单抗处理的结直肠癌细胞中自噬体成熟发挥作用。机制上，贝伐珠单抗处理后，糖酵解和乳酸产生增加，促进RUBCNL启动子处H3K18乳酸化。RUBCNL招募PtdIns3K复合物以促进自噬体成熟、自噬、癌症进展和贝伐珠单抗耐药。转录因子TFEB也与溶酶体形成和自噬密切相关。在胰腺癌中，高水平糖酵解促进TFEB K91乳酸化，抑制其泛素化和降解，导致TFEB稳定性增加，从而促进溶酶体形成和自噬相关基因的表达。焦亡是一种促炎性程序性细胞死亡类型，也已被证明与乳酸化相关。甘露糖对膀胱癌具有抑制作用。机制上，甘露糖在糖酵解过程中与催化酶PKM2结合，降低PKM2的催化活性并抑制乳酸产生，进一步减少PKM2-K433的乳酸化并促进PKM2向细胞核转位。最终，NF-κB通路被激活，诱导NLRP1/Caspase-1/GSDMD/IL-1β依赖性焦亡。这一过程同时促进抗肿瘤免疫应答并增强免疫检查点抑制剂的疗效。
4.2.6 乳酸化与化疗耐药
大多数化疗药物损伤肿瘤细胞的DNA。肿瘤细胞DNA的快速修复是耐药的关键因素。乳酸化的DNA修复相关蛋白NBS1与MRE11和RAD50形成MRN复合物，目的是感知双链断裂位点并促进同源重组修复蛋白的积累，最终激活DNA损伤修复通路。作为同源重组蛋白，乳酸化的MRE11以类似方式促进化疗和放疗耐药。RAD51的乳酸化已被证实参与同源重组和卵巢癌顺铂耐药。在三阴性乳腺癌顺铂耐药阶段，METTL3的乳酸化显著降低，这由HDAC2介导。去乳酸化的METTL3形成甲基转移酶复合物并促进DNA损伤修复相关基因的m6A修饰，从而产生耐药性。综上所述，这些研究突显了乳酸化在癌症中高度依赖环境的作用。METTL16和NAT10的乳酸化促进铜死亡，而NBS1、MRE11和RAD51等DNA修复蛋白的乳酸化可促进DNA损伤修复和治疗耐药，METTL3去乳酸化同样 contribu 化疗耐药。因此，乳酸化的生物学后果取决于特定底物和细胞环境，不能假定广泛抑制乳酸化 uniformly 有益。一旦转录因子YY1异常激活，它通过上调DNA修复和多药耐药基因促进多种肿瘤的化疗耐药。CAFs中的YY1参与与外泌体miR-146a-5p相关的CSC龛构建，从而增加膀胱癌顺铂耐药。乳酸化驱动的YY1已被发现与顺铂耐药驱动因子HNRNPU相互作用以调控膀胱癌顺铂耐药。CAFs分泌的乳酸还被报道促进结直肠癌细胞ANTXR1 K453的乳酸化，激活RhoC/ROCK1/SMAD5信号通路，并诱导干性和奥沙利铂耐药。同时，一些乳酸化相关基因与铂耐药卵巢癌的化疗耐药相关，如ALDH1A1和S100A4。
4.2.7 乳酸化与其他修饰
乳酸化可能在促癌过程中与泛素化相互作用。乳酸化和泛素化共同促进肝细胞癌进展。近期研究揭示了乳酸化与m5C修饰之间的关联。甲基转移酶NSUN2 K508位点的乳酸化增强其催化活性。随后，乳酸化的NSUN2靶向GCLC mRNA并促进m5C修饰和mRNA稳定性。激活的GCLC进一步抑制脂质过氧化并通过诱导GSH合成保护癌细胞免受多柔比星诱导的铁死亡。类似地，在结直肠癌中，NSUN2的H3K18乳酸化和NSUN2 K356位点的乳酸化增强NSUN2活性并介导m5C修饰，通过靶向ENO1促进葡萄糖代谢重编程。乳酸化调控m6A相关通路以促进免疫抑制和肿瘤发展。RBM15是一种m6A书写器，通过结合METTL3–WTAP复合物调控整体m6A水平。在膀胱癌中，缺氧通过H3K18乳酸化促进RBM15表达。RBM15诱导IGFBP3 mRNA的m6A修饰并上调IGFBP3表达。最终，IGFBP3与p-EGFR和p-DNA-PKcs复合并促进其核转位，从而增强DNA修复和顺铂耐药。乳酸化加速肿瘤进展的机制多种多样，根据修饰位置主要分为组蛋白和非组蛋白介导的通路（图2）。组蛋白介导的乳酸化主要影响基因表达，而非组蛋白介导的乳酸化改变蛋白质结构、功能和位置。在功能上，乳酸化通过维持免疫细胞和因子的稳态促进免疫抑制和免疫逃逸。乳酸化还调控癌基因表达。代谢稳态、细胞周期、细胞死亡和癌细胞可塑性受乳酸和乳酸化的共同调控。重要的是，与乳酸化相关的致瘤机制并非相互独立，而是协同存在（图2）。此外，研究人员观察到，与临床样本中正常肝组织相比，肝癌组织和肺转移组织中的差异乳酸化蛋白与翻译、核糖体结构和生物发生、蛋白质周转和伴侣等其他生物学过程以及Notch和AMPK等信号通路相关，这使得进一步研究肿瘤进展中的乳酸化修饰至关重要。
5 乳酸和乳酸化在癌症治疗中的应用
乳酸代谢已从传统意义上的"糖酵解废物"转变为肿瘤代谢调控的重要中心环节。近年来，乳酸已被证明不仅作为能量代谢物参与肿瘤细胞的代谢重编程，还通过乳酸化直接调控蛋白质功能，尤其是组蛋白乳酸化，影响基因转录、免疫逃逸、肿瘤侵袭和治疗耐受。因此，以"乳酸–乳酸化"为中心的肿瘤治疗策略可能是有益的，本文对此进行讨论。
5.1 抑制乳酸产生
Warburg效应是肿瘤细胞乳酸产生的关键，LDHA是催化丙酮酸与乳酸之间可逆互变的关键酶。LDHA在多种肿瘤细胞中高表达并促进肿瘤进展和耐药。LDHA抑制剂直接减少乳酸产生并阻碍乳酸化修饰。例如，FX11在临床前模型中通过抑制乳酸和调节氧化应激抑制肿瘤细胞增殖。LDHA抑制还可减少微环境中Treg细胞的免疫调节。高选择性GNE-140在临床前模型中降低LDHA活性并增加肿瘤细胞死亡。乳酸来源于糖酵解，阻断葡萄糖进入糖酵解可减少乳酸。GLUT1帮助葡萄糖进入细胞，GLUT1抑制剂（如BAY-876）减少葡萄糖摄取并降低糖酵解和乳酸产生。糖酵解的第一步依赖己糖激酶2（HK2）。在临床前模型中，HK2抑制剂3-溴丙酮酸（3-BP）减少糖酵解、降低乳酸水平并削弱肿瘤的免疫逃逸能力。2-DG是一种己糖激酶抑制剂，已在晚期实体瘤患者中与多西他赛联合进行I期试验，显示出可接受的耐受性，但其抗肿瘤疗效需要进一步的临床验证。紫草素抑制PKM2（糖酵解最后一步的限速酶）的SUMO化和二聚化。紫草素进一步阻断β-catenin信号通路并在临床前发现中干扰干性生成。
5.2 阻断乳酸转运
乳酸在肿瘤细胞内大量产生。如果无法排出，细胞会变酸并死亡。因此，肿瘤细胞形成"乳酸生成和转运"的适应系统。MCT家族是主要的乳酸转运蛋白家族，其中MCT1负责乳酸摄取，MCT4主要负责乳酸外排。它们在多种肿瘤细胞中高表达。AZD3965是一种MCT1抑制剂，破坏乳酸转运并在临床前模型中发挥抗肿瘤作用；它也已在I期临床试验中评估。类似地，MCT4抑制增加CD8+ T细胞活性并通过ROS/NF-κB信号通路增强趋化因子CXCL9和CXCL10的表达。AZD3965与MCT4抑制剂AZ93联合显著抑制结直肠癌细胞系增殖。CD147调控MCT1和MCT4在细胞膜上的稳定性和定位；因此，靶向CD147可能是一种新的治疗策略。靶向CD147的小分子抑制剂AC-73已在临床前模型中显示抗肿瘤活性。在临床前模型中，MCT抑制还增强抗PD-1的抗肿瘤活性。
5.3 干预乳酸化修饰的形成和去除
乳酸化修饰的主要来源是乳酰辅酶A。糖酵解增强增加乳酸水平，乳酸进入细胞核并生成乳酰辅酶A，导致组蛋白乳酸化，如H3K18la、H3K9la和H4K12la。乳酸化的调控主要涉及书写器（导致乳酸化形成）、擦除器（去除乳酸化）和阅读器（识别乳酸化信号）。书写器p300是主要的乳酸化转移酶，利用乳酰辅酶A催化组蛋白乳酸化。p300抑制剂A485降低p300活性并下调H3K18la水平，从而抑制H3K18la相关基因的表达。外源性补充β-丙氨酸因其结构与乳酸相似，可竞争性抑制AARS1介导的乳酸化并在一些临床前模型中降低致瘤性。一些HDACs具有去乳酸化能力，尤其是HDAC1–3。HDAC抑制剂伏立诺他、罗米地辛、贝利司他和帕比司他已在特定恶性肿瘤中达到临床使用或临床评估；然而，它们对乳酸化的影响不具有选择性，因为HDAC抑制同时影响乙酰化和乳酸化，可能导致不良后果。一些SIRTs也表现出去乳酸化酶活性，使用小分子激动剂可恢复表观遗传平衡。例如，稳定SIRT1的小分子激动剂SRT2104破坏胃癌细胞的干性并抑制其生长。
5.4 乳酸–乳酸化轴与免疫治疗干预
肿瘤细胞产生大量乳酸，酸化微环境，导致T细胞增殖减少、NK细胞杀伤能力降低和巨噬细胞向M2型极化。单一代谢抑制不足以抑制肿瘤进展，而MCT抑制剂联合抗PD-1治疗不仅降低乳酸水平，还帮助T细胞恢复并增强免疫治疗。类似地，p300抑制与抗PD-L1治疗协同增强前列腺癌中T细胞的抗肿瘤活性。LDHA抑制剂和抗PD-1可增加CD8+ T细胞浸润并抑制Treg细胞，从而提高免疫敏感性。LDHA抑制和抗CTLA-4治疗也改善抗肿瘤免疫应答。CAR-T治疗在实体瘤中疗效不佳的原因之一是乳酸可诱导肿瘤和CAR-T细胞的乳酸化，导致CAR-T细胞耗竭和Treg细胞浸润。LDHA抑制剂与CAR-T细胞协同作用，一方面可降低肿瘤细胞中H3K18的乳酸化和免疫抑制因子的转录，另一方面可减少Treg细胞的分化。除免疫治疗外，糖酵解抑制剂与抗血管生成因子的联合可改善肿瘤血管网络并增加药物敏感性。在前列腺癌中，LDHA抑制剂通过减少细胞内乳酸积累、调节氧化应激和抑制DNA损伤修复辅助放疗。总体而言，这些联合策略的治疗获益目前主要由临床前研究支持，需要进一步的临床研究来确定其在患者中的疗效和安全性。未来的治疗方向更可能是"乳酸代谢–乳酸化–免疫治疗"联合策略而非单靶点方法。然而，乳酸化仍处于研究和认识的早期阶段。最大的挑战是实现乳酸化的特异性调控而不影响其他广泛的赖氨酸修饰，如乙酰化。代表性化合物列于表1。
6 结论与未来展望
本文讨论了目前对癌症中乳酸代谢和乳酸化修饰的理解，为肿瘤进展和癌症治疗提供了新的见解。乳酸不仅是代谢燃料和潜在的信号分子，还是癌细胞与细胞微环境之间的通讯者。乳酸化的发现弥合了乳酸代谢与表观遗传学之间的鸿沟，提高了研究人员对乳酸在癌症中作用的认识（图3）。靶向乳酸代谢和乳酸化（表1）可能最终成为肿瘤治疗的趋势。基于乳酸化相关基因的基因表达特征已被开发用于预测多种癌症类型的预后、免疫特征和潜在治疗敏感性。在胃癌中，由乳酸化相关基因表达模式构建的计算"乳酸化评分"与预后、免疫浸润和免疫逃逸特征相关。评分较高的患者表现出较差的生存率，并通过计算预测对免疫检查点阻断的反应性较低。重要的是，该评分代表乳酸化相关基因表达特征而非细胞或蛋白质乳酸化的直接测量。类似地，乳酸化相关基因表达风险特征已在肝细胞癌中建立。计算药物敏感性分析预测高风险组患者可能对多种化疗药物和索拉非尼更敏感，而低风险组患者显示对拉帕替尼和FH535的预测敏感性。类似的乳酸化相关基因表达模型也已在结直肠癌、乳腺癌、胰腺癌、卵巢癌、前列腺癌和肺腺癌中开发，揭示了与预后、免疫特征以及预测的免疫治疗或抗癌药物敏感性的关联。免疫相关乳酸化特征也已被提出。在这些模型中，较高的乳酸化相关基因表达评分与CD8+ T细胞、γδ T细胞、NKT细胞和NK细胞浸润减少相关，提示免疫微环境较差。总体而言，这些模型应被解释为与乳酸化相关生物学相关的转录组替代特征而非乳酸化的直接测量，其预测的治疗反应需要前瞻性临床验证。肿瘤细胞严重依赖糖酵解，导致乳酸水平升高。乳酸不仅作为能量底物，还作为翻译后修饰的底物。组蛋白乳酸化直接影响染色质可及性和转录状态，而非组蛋白乳酸化调控信号通路、稳态和修复机制。乳酸积累促进免疫抑制微环境，乳酸化可能在免疫细胞极化和免疫逃逸中发挥作用。乳酸化还可影响DNA损伤修复、抗氧化反应和其他通路，从而 contribu 放疗、化疗和靶向治疗的耐药性，使其成为治疗敏感性的潜在生物标志物或治疗靶点。然而，乳酸–乳酸化领域仍存在许多未解决的问题和争议：（1）尽管候选"书写器"、"擦除器"和"阅读器"已被报道，但这些酶的特异性、底物谱和调控机制仍不清楚，特别是非组蛋白乳酸化的书写和选择性识别机制缺乏确定性证据。与其他翻译后修饰的竞争、优先级选择以及是否存在专用擦除酶仍无定论；（2）乳酸化与乙酰化和甲基化等其他翻译后修饰之间的关系是竞争性还是协同性，研究甚少；（3）乳酸化水平和功能可能在不同肿瘤类型、分期和微环境之间显著不同，但尚未建立统一的分类系统或分子分层工具；（4）L-乳酸与D-乳酸的相对贡献仍不明确；（5）乳酸/乳酸化如何影响免疫细胞，如巨噬细胞M1/M2极化、T细胞功能和免疫检查点表达，尚未完全了解；（6）尽管乳酸化与放疗、化疗和免疫治疗敏感性的变化相关，但其直接靶点和增敏机制尚未被系统验证；（7）在肿瘤微环境中，乳酸积累主要是先影响免疫细胞乳酸化，还是肿瘤内在乳酸化更早改变肿瘤表型？所有未知数代表了潜在的探索方向，例如：（1）开发乳酸化的精确检测和成像技术，以及乳酸化"数据库"和可视化平台；（2）识别和验证乳酸化书写器、擦除器和阅读器，系统筛选调控因子，构建完整的调控网络，并阐明其与信号通路的相互作用；（3）构建大规模乳酸化功能分子模型；（4）挖掘乳酸化修饰谱作为预后、治疗反应预测和药物反应监测的精确生物标志物；（5）通过调节乳酸代谢（如抑制LDH和MCTs）和干预乳酸化来增强免疫治疗或靶向治疗的疗效。一旦这些复杂挑战得到解决，肿瘤进展可能通过调控乳酸–乳酸化网络得到控制，从而延长患者生存期。
