《Cell Death & Disease》：Histone lactylation-driven feedback loop modulates pyrimidine metabolism to promote oral carcinogenesis
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本研究旨在阐明口腔鳞癌（OSCC）发生中代谢与表观遗传的交互机制。研究团队聚焦于乳酸衍生的新型组蛋白修饰H3K18la，通过临床样本、细胞与动物模型（4NQO诱导）、CUT&Tag等技术，发现H3K18la通过激活TK1基因转录促进嘧啶合成，而TK1下调抑制Wnt/β-catenin通路，该通路抑制剂又可减少乳酸生成与H3K18la，形成“糖酵解/H3K18la/TK1/β-catenin”正反馈环路，驱动口腔癌变。这为OSCC治疗提供了新的表观遗传干预靶点。
在生命科学的前沿领域，代谢与基因表达的“对话”始终充满神秘色彩。癌症，作为一种代谢和表观遗传均发生深刻重编程的疾病，为探究这种对话提供了绝佳窗口。口腔鳞状细胞癌（Oral Squamous Cell Carcinoma, OSCC）是全球最常见的头颈部恶性肿瘤之一，其发生发展过程伴随着复杂的代谢改变和表观遗传（epigenetics）景观重塑。近年来，一种将两者直接联系起来的新型修饰——组蛋白乳酸化（histone lactylation）——崭露头角。它是由糖酵解（glycolysis）核心产物乳酸直接介导的组蛋白翻译后修饰，如同在基因组“乐谱”上增添了由代谢物直接谱写的“注释”。尽管已知乳酸和组蛋白乳酸化在多种生理病理过程中扮演角色，但它们在口腔癌，特别是从癌前病变（如口腔白斑，OLK）向恶性肿瘤演进的关键步骤中，究竟发挥了何种具体作用，背后的分子机制又是什么，这些问题仍笼罩在迷雾之中，亟待探索。为了解决这些谜题，研究人员开展了一项深入研究，系统揭示了组蛋白乳酸化，特别是H3K18位点的乳酸化（H3K18la），如何通过一个精巧的正反馈环路，驱动口腔癌的发生。这项研究最终发表在《Cell Death 》期刊上。
为开展研究，作者综合运用了多层次的实验技术。在临床层面，通过免疫组化检测了口腔白斑和口腔鳞癌组织中组蛋白乳酸化水平。在机制探索上，采用了细胞与动物模型：在体外，使用糖酵抑制剂或敲低乳酸脱氢酶A来评估乳酸化抑制的效果；在体内，利用4NQO诱导的小鼠舌癌模型，观察干预措施的影响。核心机制解析依赖于CUT&Tag（用于全基因组范围鉴定组蛋白修饰结合位点）、单细胞RNA测序、染色质免疫共沉淀定量PCR以及回复实验等分子生物学手段。
组蛋白乳酸化在口腔癌变过程中异常升高
研究人员首先将目光投向临床样本。免疫组化结果显示，与正常口腔黏膜相比，在癌前病变口腔白斑和已形成的口腔鳞癌组织中，组蛋白乳酸化的整体水平，尤其是H3K18la的水平，均呈现显著升高。这一发现将这种新型表观遗传标记与口腔癌变的早期事件和进展阶段直接关联起来。
抑制组蛋白乳酸化可遏制口腔癌细胞的恶性表现
为了验证其功能，研究团队在体外实验中，通过使用糖酵解抑制剂或特异性敲低负责乳酸生成的关键酶乳酸脱氢酶A，成功降低了细胞内的组蛋白乳酸化水平。这种抑制有效地阻碍了口腔白斑细胞和口腔鳞癌细胞的多项恶性表型，包括增殖、迁移和侵袭能力。动物实验进一步佐证了这一发现：在4NQO化学诱导的小鼠舌部癌变模型中，使用糖酵解抑制剂处理，能够有效阻断癌前病变的形成以及后续口腔鳞癌的发展。这些证据强有力地表明，组蛋白乳酸化是驱动口腔癌发生的一个功能性因素。
H3K18la通过激活TK1转录促进嘧啶合成
那么，H3K18la究竟是如何发挥促癌作用的呢？通过CUT&Tag等高通量技术，研究人员在全基因组范围内寻找H3K18la特异性富集的基因启动子区域。他们发现，胸苷激酶1（Thymidine Kinase 1, TK1）的基因启动子区域是H3K18la的一个重要靶点。TK1是嘧啶核苷酸补救合成途径中的限速酶，对DNA合成和细胞增殖至关重要。进一步的染色质免疫共沉淀定量PCR和报告基因实验证实，H3K18la能够直接结合在TK1启动子上，并激活其转录。随之而来的是TK1蛋白表达上调及其介导的嘧啶核苷酸生物合成增加。通过回复实验（即同时操作H3K18la和TK1），研究证明TK1的下调可以逆转由H3K18la过表达所诱导的癌细胞恶性行为。这表明，H3K18la至少部分是通过转录上调TK1，进而促进嘧啶代谢重编程，来推动口腔癌变的。
TK1通过RhoA抑制Wnt/β-catenin通路
机制探索并未止步。研究人员进一步追问TK1下游的信号传导路径。结果发现，下调TK1会抑制一条经典的促癌通路——Wnt/β-catenin信号通路，而这种抑制作用是通过一个小G蛋白RhoA介导的。这揭示了一条从代谢酶（TK1）到关键信号通路（Wnt）的新颖连接。
糖酵解/H3K18la/TK1/β-catenin构成正反馈环路
最令人惊叹的发现在于整个调控网络的回路闭合。研究显示，Wnt/β-catenin通路本身可以被其特异性抑制剂XAV939所抑制。而使用XAV939处理后，不仅预期地抑制了Wnt通路活性，还意外地降低了细胞内的乳酸产量以及H3K18la的水平。这意味着，Wnt/β-catenin通路的活性反过来又能影响上游的乳酸生成和组蛋白乳酸化修饰。
综上所述，这项研究描绘并证实了一个驱动口腔癌发生的完整正反馈环路：活跃的糖酵解产生大量乳酸，导致组蛋白H3K18位点发生乳酸化修饰；H3K18la作为转录激活标记，结合到TK1基因的启动子区域，促进TK1转录表达；升高的TK1酶活一方面加速嘧啶合成以满足癌细胞快速增殖的需求，另一方面通过RhoA抑制Wnt/β-catenin信号通路（这看似是一个负向调节）；然而，被部分抑制的Wnt通路（或其动态平衡的改变）又通过某种尚待阐明的机制，反馈促进糖酵解和乳酸产生，从而维持甚至增强H3K18la水平，形成一个自我强化的“糖酵解/H3K18la/TK1/β-catenin”正反馈循环。这个循环不断放大促癌信号，最终导致口腔上皮细胞完全恶性转化。
在讨论与结论部分，作者强调了本研究的双重重要意义。在理论层面，它首次在口腔癌中系统揭示了组蛋白乳酸化的功能和具体机制，发现了H3K18la-TK1这一直接的转录调控轴，并将嘧啶代谢、表观遗传修饰和Wnt信号通路这三个关键的癌症特征巧妙地串联成一个动态调控网络。这深化了对代谢-表观遗传交互对话在肿瘤发生中作用的理解。在转化医学层面，该研究鉴定出的H3K18la、TK1以及这个正反馈环路本身，均为开发针对口腔鳞癌的新型治疗策略提供了潜在的干预靶点。例如，针对组蛋白乳酸化写入酶、TK1活性或环路关键节点的抑制剂，可能成为未来治疗口腔癌前病变和恶性肿瘤的创新方向。总之，这项研究不仅解开了口腔癌变中一个关键的代谢-表观遗传耦合机制，也为未来基于乳酸化调控的精准治疗带来了曙光。
