PFKFB4通过糖酵解-乳酸-H3K18la轴驱动肿瘤相关巨噬细胞M2极化促进肝细胞癌进展

《Cancer & Metabolism》：PFKFB4 promotes M2 polarization of tumor-associated macrophages through aerobic glycolysis-mediated modification of histone H3K18 lactylation in hepatocellular carcinoma

研究揭示PFKFB4通过糖酵解驱动乳酸积累，介导组蛋白H3K18乳酸化修饰（H3K18la），调控Arg-1、CD206等基因表达，促进TAMs向M2表型极化，重塑肝癌免疫微环境，为靶向代谢-表观遗传轴的治疗提供新靶点。

　　

背景：当癌细胞“教坏”免疫细胞——肝癌中的代谢“黑话”

肝细胞癌（Hepatocellular Carcinoma, HCC）是全球范围内发病率和死亡率极高的恶性肿瘤。在肝癌复杂的肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）中，不仅只有癌细胞在“作恶”，还有一群被“带坏”的免疫细胞——肿瘤相关巨噬细胞（Tumor-Associated Macrophages, TAMs）。正常情况下，巨噬细胞本应是攻击癌细胞的“卫士”（M1表型），但在肿瘤的“洗脑”下，它们常常会“叛变”成促进肿瘤生长和转移的“帮凶”（M2表型）。这种M2极化的TAMs会分泌各种因子，帮助肿瘤免疫逃逸，是导致肝癌进展和预后不良的关键因素。

但癌细胞究竟用了什么“魔法”让巨噬细胞叛变？近年研究发现，癌细胞异常活跃的糖酵解（即使在有氧条件下，即Warburg效应）会产生大量乳酸，这些乳酸不仅是代谢废物，更可能是一种信号分子。特别是，乳酸可以介导组蛋白乳酸化修饰（Lactylation），这是一种新兴的表观遗传调控机制，能直接改变基因表达。然而，在肝癌中，驱动这一过程的“开关”是什么？糖酵解产生的乳酸如何精确地通过表观遗传学“操控”TAMs的M2极化？这些问题尚未完全阐明。

关键研究方法概览

本研究综合利用生物信息学、临床样本分析、细胞与动物实验，系统揭示了PFKFB4在肝癌免疫微环境调控中的新机制。主要技术路径包括：利用TIMER数据库分析PFKFB4表达与巨噬细胞浸润的相关性；收集30例HCC患者癌与癌旁组织，通过免疫组化（IHC）和流式细胞术分析PFKFB4及M1/M2型TAMs；在HCC细胞中进行基因敲低与过表达，检测糖酵解、增殖、迁移及乳酸分泌；建立M0巨噬细胞与HCC细胞共培养体系，评估TAMs M2极化；采用Western blot、染色质免疫共沉淀（ChIP）检测TAMs中H3K18la水平及其在Arg-1、CD206启动子区的富集；并通过裸鼠移植瘤模型进行体内验证。

研究结果解析

PFKFB4表达与M2型TAMs浸润及预后不良正相关

研究团队首先从临床数据入手，发现PFKFB4在肝癌组织中的表达显著高于癌旁组织，且其高表达与患者较差的预后密切相关。通过对30例HCC患者组织的分析，他们发现PFKFB4的阳性表达率与肿瘤内M2表型巨噬细胞的浸润百分比呈显著正相关，而与M1表型巨噬细胞无关。这提示，PFKFB4可能是一个与免疫抑制性微环境形成相关的关键分子。

PFKFB4增强HCC细胞的糖酵解能力与恶性表型

为了验证PFKFB4的功能，研究人员在HCC细胞中进行了基因操作。结果显示，过表达PFKFB4能显著增强肝癌细胞的糖酵解通量、增殖能力和迁移侵袭能力；相反，敲低PFKFB4则抑制这些恶性表型。更重要的是，PFKFB4的过表达直接导致了细胞外乳酸水平的显著升高。这表明，PFKFB4是肝癌细胞“Warburg效应”的重要驱动者，并负责产生大量的乳酸“信使”。

乳酸介导PFKFB4对TAMs M2极化的调控

接下来是连接癌细胞与免疫细胞的关键环节。研究人员将M0巨噬细胞与PFKFB4过表达的肝癌细胞进行共培养，发现这些巨噬细胞更多地极化为M2表型（高表达CD206等标志物）。如果使用糖酵解抑制剂或清除乳酸，则能阻断这种促极化效应。这直接证明了PFKFB4是通过糖酵解→乳酸分泌这条通路，远程“教育”巨噬细胞向M2表型转变。

H3K18la是乳酸驱动M2极化的表观遗传枢纽

乳酸是如何改变巨噬细胞基因表达的？研究聚焦于组蛋白乳酸化修饰，特别是H3K18位点（H3K18la）。他们发现，从PFKFB4高表达癌细胞接收乳酸的TAMs，其细胞核内H3K18la水平显著升高。通过ChIP实验进一步证实，H3K18la会特异性富集在M2极化关键基因（如Arg-1和CD206）的启动子区域，从而激活这些基因的转录。这揭示了乳酸并非简单的代谢废物，而是作为前体分子，通过介导H3K18la这种表观遗传标记，直接“打开”了巨噬细胞中促癌基因的开关。

体内实验证实PFKFB4-乳酸-H3K18la轴促进肿瘤生长

最后，裸鼠移植瘤实验在活体水平验证了这一机制。在小鼠体内，PFKFB4过表达的肝癌细胞生长更快，肿瘤重量更大，且肿瘤组织中M2型TAMs浸润更多、H3K18la水平更高。抑制该通路的关键节点可有效逆转这些效应，证实了PFKFB4-糖酵解-乳酸-H3K18la-M2极化这条信号轴在肝癌进展中的关键作用。

结论与意义

这项研究发表于《Cancer》，首次系统地揭示了PFKFB4通过调控糖酵解代谢流，改变肿瘤微环境中的乳酸水平，进而通过诱导TAMs中组蛋白H3K18乳酸化修饰，驱动其向M2表型极化，最终促进肝癌免疫逃逸和生长的完整机制。

其重要意义在于：

1. 1.
   提出了“代谢-表观遗传-免疫”调控新轴心：将癌细胞的代谢异常（糖酵解）、免疫细胞的表观遗传重编程（乳酸化）和功能极化（M2表型）有机地串联起来，深化了对肿瘤微环境复杂互作的认识。
2. 2.
   揭示了乳酸的新功能：明确了乳酸作为信号分子，通过H3K18la修饰直接调控基因表达，是连接代谢与免疫的关键桥梁。
3. 3.
   提供了新的治疗靶点：PFKFB4和H3K18la可作为潜在的干预靶点。未来，开发PFKFB4抑制剂或干预乳酸化修饰的药物，可能不仅抑制肿瘤细胞自身生长，还能逆转免疫抑制微环境，实现“双刃”杀伤效果，为肝癌的免疫代谢治疗提供了新的理论依据和策略方向。