组蛋白乳酰化通过抑制铁死亡增强结直肠癌干细胞化疗耐药性：机制探究与潜在治疗靶点

为探究乳酰化对结直肠癌干细胞（CCSCs）化疗耐药性的影响，研究人员开展了组蛋白乳酰化相关研究。结果表明，组蛋白乳酰化可上调 GCLC 抑制铁死亡，增强 CCSCs 化疗耐药性。这为克服结直肠癌化疗耐药提供了新策略。

　　在肿瘤研究领域，结直肠癌是一种常见且危害严重的恶性肿瘤。其中，结直肠癌干细胞（CCSCs）在肿瘤的生长、转移和复发过程中扮演着关键角色，它们对化疗药物具有很强的抗性，是导致化疗失败的重要原因之一。乳酸作为有氧糖酵解的副产物，不仅在肿瘤细胞的代谢过程中发挥作用，还参与了肿瘤微环境（TME）的调节，然而其在肿瘤细胞中的非代谢功能，尤其是对 CCSCs 化疗耐药性的影响，在很长一段时间内都不为人知。另外，铁死亡作为一种铁依赖的非凋亡形式的细胞死亡，近年来受到了广泛关注，有研究显示靶向铁死亡相关蛋白或使用铁死亡诱导剂可以有效克服多种肿瘤的化疗耐药性，但结直肠癌中 Warburg 效应是否通过调节 GCLC（谷氨酸半胱氨酸连接酶催化亚基，在谷胱甘肽合成中起关键作用，可抑制脂质过氧化，从而减轻铁死亡）表达抑制铁死亡来影响 CCSCs 的化疗耐药性，仍是一个未解之谜。在这样的背景下，华中科技大学同济医学院附属同济医院的研究人员开展了深入研究，相关成果发表在《Cell Death and Disease》上。

研究人员为了探究上述问题，采用了多种关键技术方法。他们利用 RNA 测序（RNA-seq）分析基因表达变化，染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）确定组蛋白乳酰化的结合位点，还进行了动物实验构建小鼠模型来验证相关结论。同时，研究使用了来自临床的样本队列，为研究提供了临床依据。

研究结果如下：

1. 高组蛋白乳酰化水平与结直肠癌患者不良预后相关：通过对 88 例结直肠癌组织和 81 例正常结直肠组织进行免疫组织化学（IHC）染色，发现肿瘤组织中整体乳酰化水平显著高于正常组织。进一步分析发现，乳酰化水平升高与患者总生存期呈负相关，且与 T（原发肿瘤）、N（淋巴结）和临床分期呈正相关。单细胞转录组分析显示，CCSCs 具有较高的乳酰化评分特征，且 CCSCs 中 H4K12^la（组蛋白 H4 第 12 位赖氨酸残基的乳酰化修饰）水平明显高于分化的癌细胞（CDCs）。
2. 乳酸调节癌干细胞中的组蛋白 Kla：研究发现，外源性和内源性乳酸均可影响 CCSCs 中 Pan Kla（泛赖氨酸乳酰化）和 H4K12^la水平，且呈剂量依赖性。葡萄糖可使 CCSCs 中乳酸、Pan Kla 和 H4K12^la水平升高，而 2 - 脱氧 - D - 葡萄糖（2-DG，一种不可代谢的葡萄糖类似物）则使其降低。缺氧可促进乳酸产生，提高 Pan Kla 和 H4K12^la水平。此外，敲低乳酸脱氢酶 A（LDHA）或使用其抑制剂奥昔胺酸（oxamate）可降低 Pan Kla、H4K12^la和细胞内乳酸水平。
3. H4K12^la由 p300 催化，被 HDAC1 去除：研究人员发现 p300 可催化 H4K12^la，而 HDAC1（组蛋白去乙酰化酶 1）可去除该修饰。过表达 p300 可增加 Pan Kla 和 H4K12^la水平，敲低 p300 或使用 p300 抑制剂则降低其水平；敲低 HDAC1 或使用其抑制剂曲古抑菌素 A（TSA）可增加 H4K12^la水平，过表达 HDAC1 则降低其水平。
4. H4K12^la促进 CCSCs 化疗耐药：体外实验表明，乳酸或乳酸钠（NALA）处理可使 CCSCs 对奥沙利铂（一种常用于结直肠癌化疗的药物）更具抗性，而 2-DG 和 oxamate 处理则使其更敏感。体内实验显示，NALA 联合奥沙利铂处理的小鼠肿瘤比单独使用奥沙利铂的肿瘤更大。抑制组蛋白乳酰化，如使用 p300i（p300 抑制剂）或 shLDHA（针对 LDHA 的短发夹 RNA），可降低 CCSCs 的化疗耐药性。
5. H4K12 乳酰化抑制 CCSCs 铁死亡：RNA-seq 分析和基因集富集分析（GSEA）显示，乳酰化可能抑制铁死亡信号通路，从而促进 CCSCs 化疗耐药。实验表明，奥沙利铂可诱导 CCSCs 发生铁死亡，表现为脂质活性氧（ROS）和丙二醛（MDA）水平升高，而乳酸或 NALA 处理可降低这些指标，2-DG 处理则使其升高。敲低 LDHA 或 p300 可使 CCSCs 在奥沙利铂处理后脂质 ROS 和 MDA 水平升高，敲低 HDAC1 则使其降低。
6. H4K12^la潜在下游靶点的鉴定：ChIP-seq 分析发现 H4K12^la富集在特定基因的启动子区域，KEGG 通路分析表明这些基因与半胱氨酸和蛋氨酸代谢以及癌症相关通路有关。结合 RNA-seq 数据和铁死亡通路相关基因分析，确定 GCLC 为 H4K12^la的靶基因。H4K12^la可转录激活 GCLC，抑制 H4K12^la可降低 GCLC 表达。NALA 可增加 GCLC 和 GPX4（一种参与抗氧化防御的酶）的表达，减少脂质 ROS 和 MDA 水平，2-DG 则抑制这种保护作用。
7. 抑制 GCLC 提高化疗敏感性：实验表明，GCLC 功能依赖于 H4K12^la，抑制 GCLC 可增强耐药 CCSCs 对化疗的敏感性。体内实验显示，GCLC 抑制剂 BSO（丁硫氨酸亚砜胺）与奥沙利铂联合使用可显著抑制裸鼠肿瘤生长。

研究结论和讨论部分指出，该研究首次发现组蛋白乳酰化在 CCSCs 中增强 GCLC 表达，从而促进化疗耐药。组蛋白乳酰化修饰由 p300 和 HDAC1 调控，这为开发组蛋白乳酰化抑制剂提供了理论基础。同时，靶向谷胱甘肽代谢诱导铁死亡是治疗结直肠癌的有前景的方法，抑制 GCLC 可增强化疗效果，为改善结直肠癌患者的治疗结果提供了新的策略。这些发现为深入理解细胞代谢与化疗耐药性之间的关系提供了新的视角，也为未来的癌症治疗研究指明了方向。