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为深入了解 HCC 发病机制及寻找新治疗策略，研究人员开展新型 HPTMs 在 HCC 中作用的研究。结果发现这些修饰影响 HCC 多方面进程，靶向治疗有潜力。推荐科研读者阅读，助您把握 HCC 研究前沿，开拓科研思路。
肝细胞癌（Hepatocellular Carcinoma，HCC）是一种严重威胁人类健康的恶性肿瘤，在全球范围内，它是癌症相关死亡的主要原因之一。这种癌症不仅发病率高，而且对放疗和化疗都有很强的抵抗力。即便进行了手术切除或消融治疗，仍有高达 70% 的患者会在五年内出现肿瘤复发。据全球统计数据显示，肝癌导致的死亡人数占癌症相关死亡总数的 8.2%，每年的死亡人数在 25 万到 100 万之间，这一数据着实令人担忧。
在 HCC 的发生和发展过程中，表观遗传修饰起着至关重要的作用，尤其是组蛋白的翻译后修饰（Histone Post - translational Modifications，HPTMs）。传统的 HPTMs，像乙酰化和甲基化，已经被证实与 HCC 的发展密切相关。然而，随着科学技术的不断进步，人们逐渐意识到 HPTMs 的多样性远不止于此。近年来，随着质谱（Mass Spectrometry，MS）技术的飞速发展，一系列新型的 HPTMs 被发现，包括琥珀酰化（Ksuc）、瓜氨酸化（Kcit）、丁酰化（Kbhb）、乳酸化（Kla）、巴豆酰化（Kcr）和 2 - 羟基异丁酰化（Khib）。这些新型修饰的出现，不仅极大地丰富了组蛋白密码，还为研究 HCC 的发病机制和治疗策略带来了新的视角。
为了深入探究这些新型 HPTMs 在 HCC 中的作用，研究人员进行了大量的研究，并在相关领域取得了重要进展。他们的研究成果发表在相关学术期刊上，为我们理解 HCC 的发生发展机制以及开发新的治疗方法提供了重要依据。
在这些研究中，研究人员采用了多种技术方法来探索新型 HPTMs 与 HCC 之间的关系。其中，质谱技术是关键技术之一，通过它能够精准地识别和分析各种新型 HPTMs。免疫组化技术则用于检测蛋白质的表达水平和定位，帮助研究人员了解这些修饰在肿瘤组织中的分布情况。此外，基因编辑技术如 CRISPR/Cas9 系统也被广泛应用，它可以对特定基因进行敲除或修饰，从而深入研究这些基因在 HCC 中的功能。通过这些技术的综合运用，研究人员对新型 HPTMs 在 HCC 中的作用有了更深入的认识。
琥珀酰化（Ksuc）
研究发现，Ksuc 是一种近年来备受关注的新型 HPTM。它是指在组蛋白的赖氨酸残基上共价连接一个琥珀酰基团，这一修饰会改变组蛋白的理化性质，进而影响染色质结构和基因表达。HAT1 在 HCC 中表达显著上调，它不仅具有乙酰转移酶活性，还能作为琥珀酰转移酶，将琥珀酰基团转移到组蛋白 H3 的赖氨酸 122（K122）位点上，形成 H3K122suc。H3K122suc 位于核小体 DNA 接触界面，它会降低组蛋白与 DNA 的结合亲和力，使染色质发生去凝聚，从而增强基因启动子区域的转录活性。在癌细胞中，H3K122suc 通过增强肿瘤相关基因的表达，为肿瘤细胞提供了有力的支持，促进了细胞的增殖、代谢重编程和侵袭。研究人员通过实验发现，敲除 HAT1 或抑制 H3K122sucrylation 能够有效地阻止癌细胞的增殖和代谢活动。
另外，KAT2A 也具有琥珀酰转移酶活性，它可以将琥珀酰基团转移到组蛋白 H3 的赖氨酸 79（H3K79）上，形成 H3K79suc。H3K79suc 同样会降低组蛋白与 DNA 的结合亲和力，导致染色质解聚，激活肿瘤相关基因的转录，支持肿瘤细胞的快速增殖。不过，目前关于 KAT2A 介导的 Ksuc 如何具体影响 HCC 的发生和发展，还需要进一步深入研究。值得一提的是，KAT2A 介导的 Ksuc 在慢性乙型肝炎（HBV）的发展中也起着关键作用。HBV 是 HCC 的主要病因之一，KAT2A 与 HBV 核心蛋白相互作用，催化 cccDNA 上的 H3K79suc，增强 cccDNA 的转录活性，从而促进 HBV 的复制。而干扰素 α（IFN - α）则可以通过下调 KAT2A 介导的 H3K79succ，显著抑制 HBV cccDNA 的活性，这为治疗 HBV 感染和预防 HCC 提供了新的思路。
瓜氨酸化（Kcit）
Kcit，也被称为脱亚胺化，是由肽酰精氨酸脱亚胺酶（PAD）催化的一种修饰，它会将精氨酸残基转化为瓜氨酸。这种修饰会改变蛋白质的电荷状态，主要与基因表达调控和免疫反应有关。研究发现，HCC 组织中 H3Cit 的水平明显高于非肿瘤组织，并且 H3Cit 与 Beclin1 mRNA 的表达呈显著正相关。在 HCC 样本中，高 H3Cit 表达的样本中 Beclin1 mRNA 水平也显著升高。进一步研究表明，H3Cit 通过改变染色质结构或招募共激活复合物来调节 Beclin1 mRNA 的表达，从而影响 Beclin1 蛋白的水平。Beclin1 是自噬途径的核心调节因子，它能够促进 PADI4 的表达，而 PADI4 的高表达与 HCC 患者的化疗耐药性有关。实验显示，特异性敲低 Beclin1 可以显著减少 PADI4 诱导的自噬，提高 HCC 细胞对化疗的敏感性。
此外，H3Cit 还是中性粒细胞胞外陷阱（NETs）形成的关键起始步骤。在 HCC 中，H3Cit 水平显著升高，它通过促进 NETs 的形成，直接参与了肿瘤微环境的重塑。H3Cit 介导的 NETs 能够诱导血管生成，增强癌细胞的侵袭和迁移能力，同时抑制效应 T 细胞的活性，进一步促进肿瘤的发展。这些研究结果表明，H3Cit 在 HCC 的发生和发展中起着至关重要的作用，靶向 H3Cit 或其相关调节因子可能为 HCC 的治疗提供新的策略。
β - 羟基丁酰化（Kbhb）
Kbhb 是一种在细胞代谢状态发生显著变化时出现的新型 HPTM，它是将 β - 羟基丁酰基团从 β - 羟基丁酸（BHB）化学连接到组蛋白的赖氨酸残基上。目前认为，P300/CBP 是 Kbhb 的主要 “写入者”，而 SIRT3、SIRT5 和 HDAC3 则是负责逆转 Kbhb 的酶。MTA2 是 NuRD 复合物的关键组成部分，它通过影响 Kbhb 来调节 HCC 细胞的增殖和侵袭。MTA2 会抑制 BDH1 的表达，BDH1 是酮体代谢中的关键酶，它的表达被抑制后，细胞内的 βHB 会积累，进而促进 H3K9bhb 的富集。在 MTA2 过表达的 HCC 细胞中，H3K9bhb 水平显著升高，同时干细胞标记物的表达也明显增加，细胞的克隆形成和球体形成能力也显著增强。而恢复 BDH1 的表达或消除 R - 环，则可以显著降低 H3K9bhb 水平，抑制肿瘤的发生表型。动物实验也证实，MTA2 过表达会导致肝肿瘤负担显著增加，而恢复 BDH1 的表达则可以逆转这一效果。临床分析还发现，MTA2 和 H3K9bhb 的高表达与 HCC 患者的不良预后密切相关。
另一方面，生酮饮食（KD）作为一种特殊的饮食方案，近年来在癌症治疗方面受到了广泛关注。KD 能够促进肝脏中游离脂肪酸转化为酮体，使体内 βHB 水平显著升高，进而促进 Kbhb 的发生。KD 处理后，小鼠血清中的 βHB 浓度大幅增加，同时 H3K9bhb、H3K18bhb 和 H4K5bhb 的水平也显著升高。这些修饰主要富集在代谢相关基因的启动子区域，导致这些基因的转录受到抑制，从而影响了 HCC 细胞的代谢，抑制了细胞的增殖和迁移。此外，KD 还可以通过 H3K9bhb 修饰对 mTOR 信号通路进行负调控，进一步抑制肝癌细胞的增殖能力。这些研究表明，Kbhb 在 HCC 的发生和发展中起着关键作用，靶向 Kbhb 相关通路可能为肝癌治疗提供新的策略。
乳酸化（Kla）
Kla 是一种新发现的 HPTM，它与肿瘤细胞中乳酸的积累密切相关，细胞内乳酸浓度与 Kla 水平呈正相关。P300/CBP 是 Kla 的主要 “写入者”，目前其 “擦除者” 和 “读取者” 尚未被明确鉴定。Kla 在 HCC 的发生和发展中起着至关重要的作用，它通过调节代谢和基因表达来影响肿瘤的进程。Kla 可以修饰染色质结构，使基因启动子区域开放，显著增强转录因子与 DNA 的结合效率，从而促进基因的表达。通过 ATAC - seq 分析发现，富含 H3K9la 的基因启动子区域的染色质可及性明显高于未修饰区域。这些开放的染色质区域能够增强与乳酸代谢、细胞周期调节和癌基因相关的基因表达。例如，高表达的乳酸代谢基因会导致乳酸积累增加，乳酸不仅可以作为代谢底物驱动三羧酸（TCA）循环，还能促进 Kla 的形成，进一步激活与肿瘤增殖、迁移和耐药相关的基因。
在 HCC 细胞中，高表达的 Cyclin D1 会加速细胞周期，促进肿瘤细胞的增殖；高表达的 ESM1 则会加速上皮 - 间质转化（EMT）过程，使癌细胞获得更强的迁移和侵袭能力。研究人员通过实验发现，用 p300 抑制剂 A485 处理 HCC 细胞后，H3K9la 和 H3K56la 的水平显著降低，同时乳酸代谢基因的表达也明显下降。用 2 - 脱氧 - D - 葡萄糖（2 - DG）抑制 Kla 的形成后，E - cadherin 的表达显著增加，N - cadherin 的表达则明显减少，有效地抑制了 EMT 过程。在小鼠异种移植模型中，2 - DG 处理显著抑制了肿瘤的生长和转移。此外，研究还发现，Kla 水平与 HCC 的恶性程度相关，它不仅是 HCC 代谢和基因表达的关键调节因子，还可能作为评估 HCC 进展和预后的潜在生物标志物。一些天然化合物，如 Demethylzeylasteral（DML）和蜂王浆酸（RJA），通过调节乳酸代谢和 Kla 修饰，展现出了显著的抗肿瘤活性，为 HCC 的治疗提供了新的潜在策略。
巴豆酰化（Kcr）
Kcr 是一种新型 HPTM，它的独特结构使其在调节染色质结构和基因表达方面具有特殊的作用。Kcr 由特定的 “写入者” 催化，如 p300/CBP、KAT2A 和 MYST 家族，其生物学功能主要由 “读取者” 蛋白介导，包括 BRD4、YEATS、DPF 和 CDYL 等。同时，HDAC1 - 3 和 SIRT1 - 3 等脱乙酰酶作为 “擦除者”，可以去除 Kcr 修饰，调节这一动态过程。通过免疫组化染色检测发现，HCC 组织中 Kcr 的表达水平显著降低，并且 Kcr 的表达水平与 TNM 分期密切相关，较低的 Kcr 表达与较高的 TNM 分期相关，这表明 Kcr 可能在 HCC 中起到肿瘤抑制的作用。
进一步研究发现，敲低 HDAC1 和 HDAC3 或使用 HDAC 抑制剂曲古抑菌素 A 处理肝癌细胞，可以显著增加 Kcr 水平，进而抑制肝癌细胞的迁移能力。研究还表明，H3K27cr 具有独特的 “基因暂停” 功能，它可以激活肿瘤抑制基因的表达，从而抑制癌细胞的增殖。相反，H3K27cr 水平的降低会导致肿瘤抑制基因沉默，加速癌症的进展。通过抑制 HDAC 增加 Kcr 水平，可以显著抑制 HCC 的增殖。这些研究结果表明，调节 H3K27cr 的动态变化，例如激活特定的巴豆酰转移酶或抑制去巴豆酰化酶 SIRT6，可能成为控制癌细胞生长的有前景的策略，为癌症治疗提供了新的潜在方向。不过，目前我们对 Kcr 在 HCC 进展中潜在机制的理解还不够完善，未来还需要进一步深入研究。
2 - 羟基异丁酰化（Khib）
Khib 是一种广泛分布于组蛋白 N 末端尾部和核心区域的新型修饰，它能够直接影响染色质结构。Khib 可以中和赖氨酸残基的正电荷，改变其静电性质，同时增强分子间的氢键网络，促进染色质松弛，从而激活基因转录。目前已知 p300、Esa1p（酵母中）和 Tip60（人类中）是 Khib 的主要 “写入者”，HDAC1 - 3 和 SIRT2 是主要的 “擦除者”，而 BET 蛋白可能在识别 Khib 修饰中发挥作用。
目前关于 Khib 与 HCC 关系的研究相对较少，现有研究主要集中在 HCC 的病因方面。HBV 感染是 HCC 的主要病因之一，研究发现，在 HBV 感染的肝细胞中，IFN - α 可以通过诱导干扰素刺激基因（ISGs）的表达，显著增强 HDAC3 的功能，导致 cccDNA 微染色体上 H4K8 Khib 水平降低。HDAC3 会靶向结合 cccDNA 微染色体，去除 H4K8 上的 Khib 修饰，使 cccDNA 从开放的活性状态转变为沉默状态，从而显著降低 cccDNA 的转录活性，抑制 HBV 的复制。这一机制在 HCC 细胞和人肝嵌合小鼠模型中都得到了验证。
此外，黄曲霉毒素是一种致癌代谢物，约 28% 的 HCC 病例与之相关。研究表明，删除或使 Afngg1 基因失活会抑制 H4K5hib 和 H4K8hib，导致黄曲霉毒素合成相关基因的表达下降，从而抑制黄曲霉毒素的产生。这一发现对于预防黄曲霉毒素诱导的肝癌具有重要意义。虽然目前关于 Khib 在 HCC 中的研究还处于早期阶段，但它在基因表达调控中的关键作用为未来 HCC 的预防、诊断和治疗策略的开发提供了新的方向。
综合以上研究结果，新型 HPTMs 在 HCC 的发生、发展过程中扮演着极为重要的角色。它们通过调节染色质构象、基因表达以及肿瘤微环境，深刻地影响着 HCC 的进程。代谢适应是 HCC 的关键特征之一，它与表观遗传学之间形成了复杂而动态的反馈回路。新型 HPTMs 不仅受代谢产物的驱动，还反过来影响肿瘤的代谢重编程、侵袭和免疫调节。针对新型 HPTMs 的靶向治疗在 HCC 研究中展现出了巨大的潜力，为 HCC 的治疗提供了全新的靶点和策略。
然而，目前我们对新型 HPTMs 的了解还存在许多不足。它们的分子机制、在时空上的特异性以及与经典表观遗传标记之间的相互作用等方面，都有待进一步深入探索。未来的研究可以从以下几个方面展开：开发高分辨率的质谱技术，用于更精确地分析 HPTM 谱和动态调控；评估 HPTMs 与代谢调节相结合的治疗潜力；开展大规模的临床研究，以全面评估 HPTMs 在 HCC 诊断和预后中的价值。对这些机制的深入理解，将为 HCC 的精准诊断和个性化治疗提供至关重要的理论支持，有望为肝癌患者带来新的希望，推动肝癌治疗领域取得更大的突破。
