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CDD | “顶流“乳酸化又出手了！南医大揭示乳酸化调控肝癌进展，一文get从发现到机制挖掘到药物筛选完整思路

2025-01-10

中科新生命

2025年1月3日，南京医科大学附属泰州人民医院袁寅等研究人员合作在国际专业学术期刊Cell Death & Differentiation（IF=13.7）上发表了一篇题为“ABCF1-K430-Lactylation promotes HCC malignant progression via transcriptional activation of HIF1 signaling pathway”的最新研究。该研究报道了非组蛋白ABCF1-K430乳酸化（ABCF1-K430la）通过HIF1信号通路的转录激活促进肝细胞癌（HCC）恶性进展，且找到一种有效的小分子药物TubA具有潜在的抗癌作用。

研究背景

乳酸能够为肿瘤细胞提供能量。肿瘤细胞在消耗大量葡萄糖后，通过吸收和氧化乳酸以促进肿瘤进展。肿瘤微环境中高浓度的乳酸会导致酸性环境，并促进肿瘤转移、血管生成和耐药性。而乳酸不仅作为能量来源，还通过介导蛋白质乳酸化修饰在肿瘤及其他生物学过程中发挥重要作用。

早在2023年，该研究团队就对正常肝组织、HCC组织、HCC转移性肺肿瘤组织进行了L-乳酸化蛋白质组学研究，并绘制了HCC发展及肺转移的乳酸化修饰图谱，相关成果发表于蛋白质组学专业期刊Proteomics上（乳酸化肽段富集试剂盒采用杭州微米生物相关产品）。

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在得到的差异乳酸化蛋白中，研究重点关注到了非组蛋白ABCF1（ATP结合盒亚家族F成员1），ABCF1在HCC和肺转移组织中丰度高于正常组织。此外，有研究报道了ABCF1-K430la在大型HCC样本中异常高表达。其次，ABCF1与细胞呼吸和能量转换密切相关，并在炎症、免疫和肿瘤中发挥重要作用。因此，该研究团队将后续的研究重点锚定在探究ABCF1乳酸化在HCC中的生物学意义。

研究结果

1. ABCF1-K430la高表达与HCC预后不良及其生长、转移相关

研究首先定制了ABCF1-K430位点的乳酸化特异性抗体，并对10例HCC患者肿瘤和配对的邻近组织进行了IHC检测，发现ABCF1-K430la在HCC组织中显著表达。随后，研究进行了大规模的IHC检测，在150名HCC患者中高表达组（95例）发生远程转移的比例明显高于低表达组（55例），且高表达组的患者总生存期较短，预后较差。

研究利用CRISPR-Cas9技术进行点突变实验，分别模拟乳酸化修饰（K430Q）和去乳酸化修饰（K430R）。结果表明，与WT组相比，模拟去乳酸化修饰组HCC细胞的增殖、迁移和侵袭能力降低，而模拟乳酸化修饰组HCC细胞能力显著增强。体内实验也证实了ABCF1-K430la促进HCC生长和转移。

图1 ABCF1-K430la在HCC中异常高表达，促进HCC生长和转移

2. ABCF1-K430la通过激活HIF1信号通路发挥作用

为了研究ABCF1-K430la的下游作用机制，研究对WT和K430Q HCC细胞系进行了RNA-seq分析。结果发现，ABCF1-K430la通过激活HIF1信号通路发挥作用，HIF1A是该通路的关键分子。ABCF1-K430la促进了HIF1A的表达，并影响其下游基因的表达。HIF1A抑制实验结果表明，抑制HIF1A可逆转ABCF1-K430la的促癌效应。

3. HCC中存在乳酸-ABCF1(430Kla)-HIF1A-乳酸的闭环循环

乳酸作为乳酸化修饰的底物会影响到乳酸化修饰的水平。在HCC细胞系中，随着乳酸浓度的增加，ABCF1-K430la的水平逐渐升高，在约12mM处达到峰值。HIF1A通过诱导LDHA表达和抑制PGC-1β表达，促进糖酵解和乳酸生成，因此研究推测ABCF1-K430la可能通过增强HCC中HIF1A的表达来促进乳酸的产生。研究使用乳酸和乳酸脱氢酶（LDH）试剂盒检测了不同细胞系组（WT、K430R、K430Q）中的乳酸和LDH水平。结果显示，K430Q组的乳酸和LDH水平最高，K430R组最低。这些结果表明，ABCF1-K430la可能通过促进乳酸生成，形成闭环反馈机制。

图2 ABCF1-K430la通过HIF1A激活HIF1信号通路，促进乳酸的产生

4. ABCF1-K430la通过蛋白质结构改变诱导的C端NLS促进核定位

IHC实验显示，ABCF1-K430la在HCC组织中主要定位于细胞核，因此研究推测乳酸化促进其进入细胞核。核质分离和Western blot分析证实，K430Q细胞系中ABCF1在细胞核的表达增加，免疫荧光也支持这一发现。

此外，分子动力学模拟结果显示，ABCF1发生乳酸化后蛋白质的整体结构发生变化，密度降低，一些氨基酸的灵活性增加等。免疫沉淀质谱分析发现，ABCF1-K430la通过NLS机制进入细胞核，且RAN和KPNA2蛋白参与其核内转运。进一步的NLS预测和动态模拟表明，乳酸化修饰促进了C端的NLS信号链NLS2的暴露并引导ABCF1蛋白质进入细胞核。

图3 ABCF1乳酸化修饰的核定位机制示意图

5. P300催化ABCF1乳酸化，HDAC1和HDAC3是去乳酸化修饰酶

研究利用IP-MS实验、shRNA技术等揭示了P300是催化ABCF1发生乳酸化修饰的“Writer”，而HDAC1和HDAC3是去乳酸化修饰酶，即“Eraser”。此外，研究还揭示了ABCF1-K430la作为一种功能性转录因子调节KDM3A-H3K9me2-HIF1A轴从而调控下游基因转录。

6. TubA化合物通过靶向ABCF1-K430la有效抑制HCC发展

研究通过分析ABCF1-K430la蛋白质的晶体结构并结合小分子药物筛选，确定了几种具有显著抑制作用的化合物。经过对接评分筛选并验证后，发现管花苷A（Tubuloside A，TubA）具有最佳的结合能力。进一步的实验表明，TubA在低浓度下显著影响ABCF1-K430la表达，并且随着浓度升高，凋亡蛋白的表达变化更加明显。研究还通过细胞、类器官和小鼠模型验证了TubA的抗肿瘤效果。

总的来说，研究表明ABCF1-K430la可能是肝细胞癌的潜在治疗靶点，而TubA作为一种有效的小分子药物，通过靶向ABCF1-K430la展示了潜在的抗癌作用。

图4 TubA特异性阻断ABCF1-K430la，抑制HCC生长和转移

小结

综上所述，该研究揭示了非组蛋白ABCF1乳酸化在肝细胞癌生长和转移中的作用，并探讨了其临床意义和机制，同时开展了临床转化研究。研究发现ABCF1在细胞核内发生乳酸化，并作为转录因子发挥功能。此外，研究还证明了TubA小分子化合物能够有效抑制HCC的肿瘤生长和转移。研究结果展示了ABCF1-K430la作为HCC分子标志物的重要性，并揭示了其特异性小分子抑制剂TubA在临床中的潜在应用价值。