《Advanced Science》：HNRNPU K181 Lactylation Drives Cervical Cancer Growth by Upregulating PHGDH and Reprogramming Serine Metabolism
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摘要：宫颈癌仍是全球重大健康负担，但其驱动代谢重编程的分子机制尚不完全清楚。本研究确定不均一核糖核蛋白U（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein U, HNRNPU）为赖氨酸乳酸化（Lactylation）的新型非组组蛋
摘要：宫颈癌仍是全球重大健康负担，但其驱动代谢重编程的分子机制尚不完全清楚。本研究确定不均一核糖核蛋白U（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein U, HNRNPU）为赖氨酸乳酸化（Lactylation）的新型非组组蛋白底物，其连接乳酸蓄积与丝氨酸代谢及肿瘤进展。研究人员证实，第181位赖氨酸乳酸化（K181lac）可稳定HNRNPU，增强其与PHGDH mRNA的结合，维持含外显子1的PHGDH转录本及mRNA稳定性，从而维持PHGDH表达并激活丝氨酸合成途径（Serine Biosynthesis Pathway）。该代谢重塑促进氧化还原稳态、核苷酸合成及宫颈癌细胞体内外增殖。机制上，研究人员揭示K181位点乳酸化与N-α-乙酰转移酶50（N-alpha-acetyltransferase 50, NAA50）介导的乙酰化之间存在竞争性互作，构成动态翻译后修饰开关以微调HNRNPU功能。重要的是，培唑帕尼（Pazopanib）药理抑制HNRNPU K181乳酸化可降低PHGDH表达及肿瘤生长，凸显其转化潜力。综上，研究发现一条乳酸驱动的调控轴——HNRNPU K181乳酸化整合代谢信号与转录后调控以促进宫颈癌进展，为靶向恶性肿瘤代谢脆弱性提供了有前景的治疗新途径。
本研究发表于《Advanced Science》。宫颈癌是女性第四常见恶性肿瘤且发病率呈上升趋势，虽诊疗有进展但其启动与进展分子机制尚未完全阐明。代谢重编程是癌症标志之一，Warburg效应致肿瘤细胞内乳酸大量蓄积，近年发现的蛋白质赖氨酸乳酸化（Lactylation）为乳酸的非代谢功能提供了新视角，但非组义蛋白乳酸化在宫颈癌中的调控图谱仍不清楚。不均一核糖核蛋白U（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein U, HNRNPU）系多功能RNA结合蛋白，参与可变剪接（Alternative Splicing, AS）、RNA稳定性调节等，在多种癌中异常表达促瘤，但是否在宫颈癌中发生乳酸化及如何影响肿瘤代谢重编程未知。丝氨酸合成途径（Serine Biosynthesis Pathway, SSP）限速酶磷酸甘油酸脱氢酶（Phosphoglycerate Dehydrogenase, PHGDH）催化3-磷酸甘油酸生成丝氨酸，为核苷酸合成和谷胱甘肽（Glutathione, GSH）合成提供原料，其受转录因子调控但RNA结合蛋白对其转录本的后转录调控尤待探索。鉴于此，研究人员探究HNRNPU是否受乳酸化修饰及其如何通过调控PHGDH影响宫颈癌丝氨酸代谢与增殖，并评估临床药物干预可能。
为开展研究，研究人员主要运用了以下关键技术方法：基于TCGA-CESC（宫颈鳞状细胞癌）队列与PRIDE蛋白质组数据库（PXD055203，136例宫颈癌与33例正常组织）分析HNRNPU表达；免疫组化（Immunohistochemistry, IHC）检测临床标本HNRNPU蛋白；慢病毒构建shRNA敲低、CRISPR-Cas9敲除及回补野生型或点突变（K181A、K247A）HNRNPU细胞系；裸鼠皮下移植瘤模型并腹腔注射乳酸钠或培唑帕尼（Pazopanib）；液相色谱-串联质谱（Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry, LC-MS/MS）鉴定乳酸化位点；免疫共沉淀（Co-Immunoprecipitation, Co-IP）、RNA免疫沉淀（RNA Immunoprecipitation, RIP）及泛乳酸化/乙酰化抗体检测翻译后修饰；第三方生成测序（Third-Generation Sequencing）分析可变剪接事件；全局非靶向代谢组学结合KEGG富集分析；细胞热位移实验（Cellular Thermal Shift Assay, CETSA-WB）验证小分子与蛋白结合；转录抑制法（放线菌素D，Actinomycin D）检测mRNA稳定性；分子对接（AlphaFold3）预测蛋白互作界面。
2.1 HNRNPU Promotes Cervical Cancer Cell Growth
生物信息学分析显示HNRNPU mRNA在TCGA中无显著差异但蛋白在宫颈癌组织显著上调（PRIDE数据与IHC验证），且HNRNPU于剪接调控网络中居中心节点。体外shRNA敲低HNRNPU抑制HeLa细胞活力与克隆形成，过表达促进SiHa细胞增殖；CRISPR-Cas9敲除HeLa细胞移植瘤减小，过表达SiHa细胞移植瘤增大，Ki67染色与之相符。结论：HNRNPU在蛋白水平升高并促进宫颈癌细胞体内外增殖。
2.2 L-Lactate Stabilizes HNRNPU Through Direct Lactylation Modifications
外源L-乳酸时间依赖性升高HNRNPU蛋白并延长其半衰期，糖酵解抑制剂降低HNRNPU；乳酸减弱HNRNPU泛素化降解并增强蛋白乳酸化。LC-MS/MS鉴定HNRNPU K181与K247为乳酸化位点，其中K181为主要位点（K181A突变使乳酸化显著下降）。K181A突变体半衰期缩短、泛素化增强。结论：L-乳酸通过K181乳酸化拮抗泛素-蛋白酶体降解从而稳定HNRNPU。
2.3 HNRNPU K181 Lactylation Promotes Cervical Cancer Cell Proliferation
HNRNPU敲除细胞中，野生型（WT）而非K181A回补可 rescuse乳酸诱导的增殖恢复；体内高乳酸微环境下，仅WT回补恢复移植瘤生长。结论：HNRNPU K181乳酸化是促宫颈癌增殖的必要功能修饰。
2.4 NAA50-Mediated Acetylation Competitively Inhibits HNRNPU K181 Lactylation
IP-LC-MS/MS联合转录组与酰基转移酶数据库筛选获NAA50与HNRNPU互作（K9与E41为关键结合残基，K181亦为互作必需），NAA50过表达增加HNRNPU K181乙酰化（PhosphoSitePlus确认K181为已知乙酰化位点）并降低其乳酸化；时序检测示乙酰化升、乳酸化降的反向动态。结论：NAA50介导HNRNPU K181乙酰化，与同位点乳酸化竞争互作形成PTM开关。
2.5 HNRNPU K181 Lactylation Activates the Serine Metabolism Pathway
K181A vs WT细胞代谢组OPLS-DA分离，KEGG富集甘氨酸/丝氨酸/苏氨酸代谢显著改变。K181A细胞中L-丝氨酸、甘油酸、丙酮酸降低，NADPH/NADP+比值、总GSH及GSH/GSSG下降，活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）蓄积，EdU掺入减少。结论：HNRNPU K181乳酸化激活丝氨酸合成途径以维持氧化还原稳态与DNA合成。
2.6 HNRNPU K181 Maintains the Exon 1-Containing PHGDH Transcript and mRNA Stability Through Direct Transcript Binding
K181A特异性下调PHGDH（非PSAT1/PSPH）mRNA与蛋白，TCGA中HNRNPU与PHGDH正相关。RIP证实HNRNPU直接结合PHGDH mRNA并偏好结合外显子1区；三代测序示K181A引起PHGDH含外显子1转录本比例下降及广泛外显子跳跃事件。K181A加速PHGDH mRNA衰减（放线菌素D追踪），突变PHGDH上HNRNPU结合基序消除互作与外显子1转录本维持效应。NAA50过表达模拟K181A表型（PHGDH降、外显子1转录本减、mRNA不稳定），乳酸处理反之。免疫荧光示WT-HNRNPU伴分散核斑（Nuclear Speckles, SON标记），K181A或Pazopanib致核斑聚拢。结论：HNRNPU K181乳酸化通过直接结合PHGDH mRNA外显子1区维持含外显子1转录本丰度及mRNA稳定性，从而上调PHGDH；此过程受K181位乳酸化/乙酰化竞争调控并关联核斑重组装。
2.7 PHGDH Is Essential for HNRNPU K181 Lactylation-mediated Cervical Cancer Proliferation Both In Vitro and In Vivo
PHGDH过表达回补K181A引起的丝氨酸水平、NADPH/GSH、增殖与克隆形成缺陷，逆转ROS升高与EdU降低；体内移植瘤中PHGDH过表达恢复K181A抑制的成瘤能力。有趣的是PHGDH过表达上调内源性HNRNPU mRNA与蛋白。结论：PHGDH是HNRNPU K181乳酸化促瘤的关键下游效应分子，二者可能存在正反馈环路。
2.8 Pazopanib Inhibits Cervical Cancer Proliferation Through Suppression of HNRNPU K181 Lactylation
CETSA-WB示Pazopanib结合并稳定HNRNPU；Pazopanib浓度依赖性抑制HNRNPU K181乳酸化（不影响K181A乳酸化及总体乙酰化），诱导核斑聚拢样K181A表型，下调PHGDH mRNA；抑制HeLa球形体形成并在裸鼠移植瘤模型中抑瘤。结论：Pazopanib抗宫颈癌作用部分通过抑制HNRNPU K181乳酸化实现。
讨论与结论总结
讨论指出本研究首次证实HNRNPU为宫颈癌中乳酸直接修饰的非组蛋白底物，K181乳酸化稳定HNRNPU并促进其与PHGDH mRNA结合以维持含外显子1转录本及mRNA稳定性，上调PHGDH激活丝氨酸代谢支持增殖；NAA50介导K181乙酰化与乳酸化竞争构成功能开关；Pazopanib可抑制此乳酸化修饰发挥抗瘤效果；PHGDH过表达反馈上调HNRNPU暗示潜在正反馈轴。研究局限含PHGDH外显子1变化是否源于备选启动子或转录起始位点选择需5′ RACE/CAGE-seq进一步分辨，K181两修饰互斥定量、Pazopanib精确结合位点及NAA50其他底物待阐明。
结论（翻译）：本研究揭示一条新型乳酸驱动调控轴——HNRNPU K181乳酸化通过转录后机制增强PHGDH表达，从而促进丝氨酸代谢重编程与宫颈癌进展。靶向此乳酸化依赖轴可为对抗代谢活跃恶性肿瘤提供新治疗策略。
