G蛋白偶联受体87通过组蛋白乳酸化驱动的糖酵解正反馈回路促进肺腺癌的进展和转移

《Free Radical Biology and Medicine》：G protein-coupled receptor 87 Promotes Lung Adenocarcinoma Progression and Metastasis via a Histone Lactylation-Driven Glycolytic Feed-Forward Circuit

张宇|李欣|韩荣|郭明远|林恩光|杨晨|宁金凤|赵彦斌

哈尔滨医科大学肿瘤医院内科肿瘤科，中国黑龙江省哈尔滨市，150081

摘要

转移性进展是肺腺癌（LUAD）的主要死亡原因，然而致癌信号如何转化为维持肿瘤进展的稳定代谢和表观遗传程序仍不甚明了。通过整合单细胞、批量和空间转录组分析，我们发现孤儿G蛋白偶联受体GPR87是一个与LUAD中增强的糖酵解活性和不良临床结果相关的调控因子。机制上，GPR87激活cAMP/PKA/CREB通路，诱导乙酰辅酶A合成酶2（ACSS2）的转录，从而促进组蛋白H3第27位赖氨酸的乳酸化（H3K27la）。H3K27la直接增强二氢脂酰胺S-乙酰转移酶（DLAT）的转录，从而在自我维持的代谢-表观遗传回路中增强糖酵解通量和乳酸产生。同时，GPR87通过物理作用稳定乳酸脱氢酶A（LDHA），进一步放大乳酸输出。ACSS2的基因破坏在体内抑制了GPR87驱动的肿瘤生长和转移。这些发现共同定义了一个以GPR87为中心的代谢-表观遗传回路，该回路维持糖酵解优势并支持LUAD的进展和转移。

引言

肺腺癌（LUAD）是非小细胞肺癌（NSCLC）的主要亚型，通常在晚期才被诊断出来，尽管治疗有所进步，但进展和转移仍然是主要的死亡原因[1]、[2]、[3]、[4]。一个关键未满足的需求是阐明驱动向侵袭性、转移能力状态转变的分子程序[5]、[6]、[7]。升高的有氧糖酵解，即瓦尔堡效应，是癌症的标志之一，它支持增殖、上皮-间质转化、侵袭和治疗抵抗，并在LUAD的恶性发展中起核心作用[8]、[9]、[10]。虽然糖酵解提供快速的能量和生物合成前体，但其持续激活可能涉及表观遗传机制来加强促肿瘤的转录程序。然而，在LUAD中，将持续糖酵解通量与这种表观遗传调控联系起来的上游信号通路仍大部分不清楚。

乳酸作为糖酵解的产物，通过组蛋白乳酸化将代谢与染色质联系起来——这种修饰影响转录输出[11]、[12]、[13]。组蛋白乳酸化有助于肿瘤进展，例如重塑有利于增殖/侵袭的微环境[14]，并在葡萄膜黑色素瘤中上调YTHDF2[15]。然而，致癌信号与LUAD中乳酸驱动的乳酸化之间的联系尚不明确。

G蛋白偶联受体（GPCRs）是最大的膜蛋白家族（约占药物靶点的30%），能转导多种刺激，但包括孤儿受体在内的许多受体在肿瘤学中仍未被充分研究[16]、[17]、[18]。G蛋白偶联受体87（GPR87）属于核苷酸样受体亚家族，在几种实体瘤中显著上调[19]、[20]、[21]。它还在肾纤维化中促进糖酵解[22]，表明其具有代谢作用。然而，GPR87如何在LUAD进展过程中协调GPCR信号与糖酵解重编程和组蛋白乳酸化仍不清楚。GPCRs通常与Gs蛋白结合，刺激腺苷酸环化酶并生成环腺苷单磷酸（cAMP），从而激活下游的PKA/CREB信号通路——这一通路在包括LUAD在内的多种癌症中与代谢重编程和肿瘤发生有关[23]、[24]、[25]。乙酰辅酶A合成酶短链家族成员2（ACSS2）是一种关键的代谢酶，支持组蛋白乙酰化的乙酸循环，并最近被证明具有乳酸辅酶A合成酶的功能，能够实现乳酸到乳酸辅酶A的转化以及H3的乳酸化，从而驱动肿瘤生长和免疫逃逸[26]、[27]、[28]。

在这里，我们显示GPR87激活cAMP/PKA/CREB，上调ACSS2，促进H3K27的乳酸化（H3K27la），进而激活二氢脂酰胺S-乙酰转移酶（DLAT），形成一个放大糖酵解和乳酸产生的正反馈回路。GPR87还通过物理相互作用稳定LDHA，进一步增加乳酸输出。破坏这一通路在体外/体内都会减弱糖酵解通量、乳酸化和恶性程度。临床上，GPR87、ACSS2、H3K27la和DLAT在晚期LUAD中共同上调，与进展相关。这些发现定义了一个以GPR87为中心的代谢-表观遗传回路，维持糖酵解优势并支持LUAD的进展和转移。

章节片段

生物信息学分析

从癌症基因组图谱（TCGA；https://www.cancer.gov/ccg/research/genome-sequencing/tcga）和基因表达组学数据库（GEO；https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/）中获取LUAD和匹配正常组织的转录组谱型，以识别差异表达基因。单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据集（GSE148071和GSE131907；57个NSCLC样本）被用来分析GPR87在肿瘤微环境中的细胞分布及其动态表达

GPR87在糖酵解高的恶性细胞中富集，并与晚期LUAD相关

糖酵解重编程是LUAD的标志，与不良预后相关。为了评估其临床相关性，我们基于糖酵解相关基因对TCGA-LUAD队列进行了共识聚类，并将患者分为糖酵解高组和糖酵解低组。糖酵解高组的患者总体生存期显著较短（图S1A）。为了在单细胞水平上表征糖酵解相关特征，我们整合了两个公开可用的

讨论

LUAD通常在晚期才被诊断出来，远处转移和疾病进展是主要的死亡原因[32]、[33]。有氧糖酵解（瓦尔堡效应）是LUAD的定义特征，有助于增殖适应性和转移特性[34]、[35]、[36]，然而维持这种糖酵解状态及其相关表观遗传程序的上游信号通路仍不清楚。在这里，我们发现孤儿GPCR GPR87是一个促进LUAD的上游节点

结论

总之，本研究确定GPR87是晚期LUAD中的一个关键进展相关孤儿G蛋白偶联受体，并描绘了一个以GPR87为中心的新的代谢-表观遗传回路，驱动肿瘤的侵袭性。GPR87激活cAMP/PKA/CREB信号通路，上调ACSS2，促进H3K27的乳酸化，进而激活DLAT，形成一个放大糖酵解的正反馈回路；同时，GPR87稳定LDHA，进一步增强乳酸产生并维持这种重编程。

CRediT作者贡献声明

韩荣：验证、数据管理。李欣：可视化、软件、正式分析、数据管理。林恩光：资源获取。郭明远：验证、数据管理。宁金凤：写作——审稿与编辑、资金获取。杨晨：研究。赵彦斌：写作——审稿与编辑、监督、资金获取、正式分析、概念化。张宇：写作——初稿、正式分析、数据管理、概念化

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

伦理批准和参与同意

所有实验均按照哈尔滨医科大学肿瘤医院的伦理指南进行（许可编号：KY2025-94）。

数据可用性

数据将按请求提供。

资助

本研究得到了国家自然科学基金（8257102173，资助赵彦斌）、国家神经病学和肿瘤药物开发重点实验室（SKLSIM-F-2025，资助赵彦斌）以及哈尔滨医科大学肿瘤医院的攀登计划（PDTS2024B-02，资助宁金凤）的支持。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

我们衷心感谢哈尔滨医科大学肿瘤医院的患者和研究人员提供的数据。