Unesbulin

概要 翻译后修饰（PTMs）在表观遗传调控中起着关键作用，是调节蛋白质功能性的重要途径。PTMs通过在蛋白质特定位点共价连接不同的化学基团（如琥珀酰基、巴豆酰基和乳酰基），从而改变蛋白质的结构、功能、稳定性和活性，最终影响生物学过程。最近，代谢衍生的短链酰化修饰（酰基含有少于6个碳原子）逐渐被识别出来，例如丁酰化、琥珀酰化、反丁烯二酸化和乳酰化，与传统的乙酰化在结构、理化性质、功能和调控等方面都有所不同。异常的短链酰基- ptms常与肿瘤发生有关。 研究强调，琥珀酰化和乳酸酰化等PTMs在调节肿瘤代谢、耐药和免疫反应中至关重要。本综述阐明了八种短链酰基化 PTMs（丁酰化、琥珀酰化、反丁烯二酰化、丙二酰化、戊二酰化、2-羟基异丁酰化、β-羟基丁酰化和乳酰化）在肿瘤发生和发展中的调控机制。总结了它们在控制肿瘤基因组稳定性、基因转录、蛋白质稳定性、酶活性和核定位方面的作用，展示了它们对肿瘤代谢、多药耐药性和免疫逃逸等相关生物过程的影响。此外，综述还概述了针对调节 PTMs 的酶的当前药物研究，为癌症治疗的治疗策略提供了关键见解。 原文：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cac2.70048 PART.01    前言    越来越多的新研究表明，细胞内信号转导、代谢调节、氧化应激反应和DNA损伤修复等基本细胞过程并不完全依赖于蛋白质丰度。 相反，这些过程受到蛋白质翻译后修饰（PTMs）的深刻影响，这些修饰改变了蛋白质的结构和功能。 这些修饰在炎症、代谢紊乱等疾病的发病机制中起着关键作用，在肿瘤的发生和发展中尤为重要。 PTMs通过在蛋白质氨基酸残基上添加或去除乙酰基、琥珀基、巴豆基和乳酸基等化学基团，对调节蛋白质功能至关重要。 这些修饰引起结构和性质的变化，影响空间构象、稳定性、活性状态、亚细胞定位以及与其他细胞分子的相互作用。 ptm在多种疾病，尤其是癌症中发挥重要作用。 迄今为止，已确定了600多个ptm。 蛋白质组学和生化技术的进步促进了新型PTMs的发现和表征，其中很大一部分是代谢衍生的短链酰化修饰（酰基含有少于6个碳原子），包括丁基化、琥珀酰化、巴豆酰化、丙二酰化、戊二酰化、2-羟基异丁基化、β-羟基丁基化和乳酸化。 这些发现极大地扩展了组蛋白密码的潜在复杂性。 这些新兴的PTMs在结构、理化性质、功能和调控机制上与传统的酰化修饰不同。 最近的研究表明，这些短链酰基- ptms的异常往往与肿瘤的进展有关，导致蛋白质特性的改变和生物学功能的损害，从而参与肿瘤的发病。 例如在缺氧条件下，肝癌细胞中升高的巴豆酰化修饰通过修饰核纤层蛋白A第265和270位赖氨酸残基，调控该蛋白的核定位，进而促进肝细胞癌（HCC）增殖。 同样，2-羟基异丁基化在食管癌中显著增加，增强了赖氨酸823位点Nacetyltransferase 10 （NAT10）的稳定性，从而促进食管癌的侵袭和转移。胰腺癌（PAAD）患者体内检测到乳酸化修饰水平升高，且与不良预后相关；具体而言，烟酰胺单核苷酸腺苷酰转移酶1（NMNAT1）第128位赖氨酸的乳酸化修饰可增强其核定位及酶活性，从而支持胰腺癌细胞在葡萄糖匮乏条件下的存活。由此可见，短链酰基化修饰在肿瘤发生发展中具有关键作用。解析这些短链酰基化修饰的作用机制，可能为肿瘤治疗提供新靶点，进而开发更精准的个体化治疗策略。该研究为创新治疗模式及诊疗方案的建立奠定重要科学基础，有望推动肿瘤治疗进展，最终提高患者生存率与生活质量。 本文从表观遗传修饰角度出发，系统综述了丁酰化、琥珀酰化、巴豆酰化、丙二酰化、戊二酰化、2-羟基异丁酰化、β-羟基丁酰化及乳酸化这8种短链酰基化修饰在肿瘤中的作用机制，探讨其对肿瘤基因组稳定性、基因转录、蛋白稳定性、酶活性及蛋白核定位的调控作用，并全面总结其在肿瘤中的生物学功能及针对这些修饰相关调控酶的抑制剂临床前/临床研究现状，旨在为肿瘤诊治及抗肿瘤药物研发提供新思路与参考依据。 PART.02    OVERVIEW OF SHORT-CHAIN ACYL-PTM    近年来，甲基化、磷酸化、糖基化、乙酰化和泛素化等传统翻译后修饰（PTMs）的研究取得了显著进展。高分辨率色谱-质谱技术的进步促进了短链酰基化修饰的持续发现，包括丁酰化、琥珀酰化、巴豆酰化和乳酸化。这些修饰由短链酰基（少于六个碳原子，不包括甲酰基或乙酰基）与蛋白质赖氨酸残基的ε-N端连接形成，被归类为短链酰基化PTMs。这些新兴的短链酰基化修饰不仅作用于组蛋白，还延伸至非组蛋白，显著影响肿瘤细胞代谢、肿瘤免疫和信号转导等多种生物学过程。因此，短链酰基化PTMs近年来在翻译后修饰领域受到广泛关注（图1A）。 图1 在各种癌症中发现短链酰基PTM和异常PTM水平。  (A)短链酰基- ptms的发现。 自1906年首次发现磷酸化以来，对PTMs的研究已经跨越了一个多世纪的科学探索。 近年来，高分辨率色谱-质谱技术的突破性进展使许多新型PTMs得以鉴定，特别是短链酰基PTMs（紫色）-包括丙酰化，丁基化，琥珀酰化，巴豆酰化，丙二酰化，戊二酰化，2-羟基异丁基化，β-羟基丁基化和乳酸化-已成为突出的研究焦点。 高分辨率色谱–质谱技术（High-Resolution Chromatography–Mass Spectrometry, HR-LC/MS）是指将高分离能力的色谱技术与高质量分辨率、高质量准确度的质谱分析技术相结合，用于复杂体系中化合物的高灵敏检测、精确定性与准确定量。该技术在蛋白质组学、代谢组学、翻译后修饰研究、药物分析及临床研究中具有核心地位。一、技术构成1. 高分辨率色谱（High-Resolution Chromatography） 主要作用是降低样品复杂度、分离共洗脱组分。 常见形式 超高效液相色谱（UHPLC） 亚 2 μm 填料；高压力（>15,000 psi）；高峰容量与重现性 纳流/微流液相色谱（nano-LC / micro-LC） 主要用于蛋白质组学；高灵敏度、低样品消耗 多维色谱（2D-LC） 强阳离子交换（SCX）× 反相（RP）；高复杂样品深度解析2. 高分辨率质谱（High-Resolution Mass Spectrometry, HRMS） 核心指标是质量分辨率（Resolution）和质量准确度（Mass Accuracy）。 主流分析器 Orbitrap 分辨率：60,000–1,000,000（m/z 200）；质量误差：<1–3 ppm 傅里叶变换离子回旋共振（FT-ICR MS） 超高分辨率（>1,000,000）；结构解析能力最强 高分辨飞行时间质谱（HR-TOF） 高扫描速度；适合非靶向分析 指标 传统 MS 高分辨 LC-MS 质量分辨率 低–中 极高 质量准确度 >10 ppm <1–3 ppm 定性能力 有限 可确定分子式 复杂样品解析 受限 优秀 同分异构体区分 困难 可结合 MS/MS 区分 短链酰基修饰主要是通过高性能液相色谱量质谱法鉴定的(HPLC-MS/MS)。基于检测到的质量变化和随后的实验验证，这种方法允许研究人员确定导致这些质量变化的特定修改类型。 例如，2007年，Chen等人在一项蛋白质组学研究中通过HPLC-MS/MS分析同时鉴定出赖氨酸丙酰化（Kpr）和丁基化（Kbu），与乙酰化相比，这两种反应的特点是延长的碳氢链赋予赖氨酸残基更大的疏水性和空间体积。后续研究进一步揭示，这类修饰在基因表达调控与染色质重塑过程中发挥着关键作用。 然而，丙酰化在肿瘤进展中的功能作用仍未被探索，迄今为止还没有研究专门针对其在肿瘤发生中的机制贡献。 2011年，Zhang等人通过HPLC-MS/MS分析、基于ptmap的序列比对和人工验证等综合方法，在赖氨酸残基+100.0186 Da的质量位移的基础上，鉴定出大肠杆菌异柠檬酸脱氢酶中存在赖氨酸琥珀酰化（Ksuc）修饰，从而将其定义为一种新型PTM。 最近的研究表明，Ksuc在调节肿瘤细胞代谢、管理氧化应激和调节肿瘤免疫微环境中起着至关重要的作用。 琥珀基使赖氨酸残基的电荷由正电荷变为负电荷，并由于其庞大的结构而引入了大量的位阻，这可以显著扰乱蛋白质的构象，从而调节蛋白质的功能。然后，Tan等人通过整合多维PTM分析的系统蛋白质组学方法，将人组蛋白中的赖氨酸巴豆酰化（Kcr）描述为一种新型组蛋白PTM，其特征为质量位移为+68.0230 Da。此外，Kcr具有不同于其他酰基的刚性平面结构，主要位于活性基因启动子和潜在的增强子区域，并参与肿瘤代谢和免疫过程。.研究表明，Kma 是一种进化上保守的酰基修饰，对能量代谢、巨噬细胞炎症信号传导和免疫调节至关重要，与肿瘤代谢调节和转移密切相关。2014年，Tan等人通过免疫印迹和质谱分析系统地鉴定了赖氨酸戊二酸化(KGLU)，其特征是修饰肽的质量位移约为+114Da。更重要的是，Kglu在核小体组装、染色质结构重塑和转录重编程中起着关键作用。在机制上类似于琥珀酰化，丙二酰化和戊二酰化都以酸性酰基为特征，诱导赖氨酸残基的电荷反转（从正到负）。这种静电扰动从根本上改变了蛋白质构象动力学和分子间相互作用网络，从而调节生物活性。随着PTM研究的进展，出现了两种新型含羟基类型：赖氨酸2-羟基异丁酰化（Khib）和赖氨酸β-羟基丁酰化（Kbhb），这两种类型都含有羟基，使修饰的赖氨酸残基能够与其他分子形成氢键。2014年，Dai等人通过对小鼠睾丸细胞的蛋白质组学分析，发现组蛋白H4赖氨酸残基存在+86.0354 Da质量偏移，从而发现了2-羟基异丁酰化（Khib）。这种修饰在组蛋白中普遍存在，与葡萄糖代谢、氨基酸合成和糖酵解有关，在调节肿瘤代谢和转移方面具有重要意义。β-羟基丁基化，也称为3-羟基丁基化，最初于2016年被描述。具体来说，Xie等分析了从HEK293细胞中分离的核心组蛋白的胰蛋白酶消化物，发现组蛋白H3赖氨酸残基的质量发生了+86.0368 Da的质量变化，他们证明这种变化源自β-羟基丁酰化。对Kbhb修饰底物的进一步分析表明，其参与染色质重塑、转录调控、DNA损伤修复和多种细胞功能，与肿瘤细胞增殖和核心代谢调控密切相关。2019年的一项突破性发现引入了赖氨酸乳酸化（Kla），显著推动了该领域的发展。组蛋白Kla的初步证据源于在人MCF-7细胞中核心组蛋白的水解肽的赖氨酸残基上观察到的+72.021 Da质量变化，随后的实验证实，这种转变是赖氨酸中加入乳基的结果。这一发现不仅增强了对乳酸功能的理解，还敦促重新评估肿瘤研究中的经典 Warburg 效应。乳酸化会产生空间位阻，影响氨基酸相互作用或蛋白质折叠，从而影响蛋白质功能。鉴于肿瘤微环境中普遍存在的代谢不规则以及由于 Warburg 效应导致的乳酸水平升高，Kla 可能是乳酸、肿瘤代谢和患者预后之间的关键联系。乳酸修饰是PTM研究的前沿，越来越多的证据表明其参与调节肿瘤代谢、肿瘤细胞增殖和转移，特别是在影响肿瘤细胞耐药性和免疫逃逸等关键方面。 乳酸修饰（Protein Lactylation） 是指乳酸衍生的乳酰基（lactyl group, –CO–CH(OH)–CH₃）通过共价方式修饰蛋白质赖氨酸残基的一类新型翻译后修饰（Post-translational Modification, PTM），通常称为赖氨酸乳酰化（Kla）。化学本质与修饰特征1. 修饰形式 修饰位点：赖氨酸 ε-氨基 质量增加： +72.0211 Da（乳酰基） 结构特征： 含羟基，极性较强 与乙酰化（+42.0106 Da）结构和功能不同2. 乳酰化类型 L-乳酰化（生理相关性更高） D-乳酰化（来源尚在研究） 代谢来源与酶学机制1. 乳酰供体来源（尚未完全明确） 目前认为主要途径包括： 乳酰-CoA（lactyl-CoA）介导的酶促反应 非酶促乳酰转移（在高乳酸条件下可能发生） 乳酸→乳酰-GSH 中间体假说2. “写入-擦除-读取”调控模型（逐步建立中） 类型 代表分子 研究进展 Writer p300 已证实可催化乳酰化 Eraser HDAC1-3 可去除乳酰化 Reader 尚不明确 正在探索 总体而言，新兴的短链酰基PTM机制引起了研究人员越来越大的兴趣，并已成为当代蛋白质PTM研究的焦点。最近的研究表明，短链酰基PTM的异常水平与肿瘤的发生和进展之间存在很强的相关性（图1B）。研究这些创新的 PTM 途径对于揭示驱动癌症发展的基本机制、确定新的治疗靶点和加强癌症患者的个体化治疗至关重要。 图1 在各种癌症中发现短链酰基PTM和异常PTM水平。 (B)短链酰基- ptms在各种癌症中的异常水平。 红色：肿瘤中PTM上调； 蓝色：PTM在癌症中下调。 缩写：Bhb， β-羟基丁基； Bu，丁基； Cr，巴豆基； Glu，戊二基； Hib， 2-羟基异丁基； Kcr，赖氨酸巴豆酰化； Khib，赖氨酸2-羟基异丁基化； Kla，赖氨酸乳酸化； Kma：赖氨酸丙二酰化； Ksuc，赖氨酸琥珀酰化； La，乙基； Ma：丙二醇基； Pr，丙基；Suc， 琥珀基 PART.03    REGULATORY ENZYMES OF SHORT-CHAIN ACYL-PTMs    参与这些反应的酶可以分为三大类：乙酰转移酶，被称为“作家”； 去乙酰化酶，被称为“橡皮擦”； 以及识别PTMs的蛋白质，被标记为“读取器”。 本文简要介绍了八种新兴的PTM调节酶，包括丁基化、琥珀酰化、巴豆酰化、丙二醛化、戊二酰化、2-羟基异丁基化、β-羟基丁基化和乳酸化（图2）。 尽管这些修饰在结构上存在差异，但常见的调节酶，如300 kDa的e1a结合蛋白(p300)/ crebatin结合蛋白（CBP）， 60 kDa的tat相互作用蛋白（TIP60），组蛋白去乙酰化酶（HDAC）家族成员和sirtuin （SIRT）家族，经常被使用。 对这些调节酶的进一步研究有望增强我们对这些创新ptm的作用和机制的理解，从而潜在地确定癌症治疗的新靶点。 图2短链酰基- ptms的来源和调控因子，包括 “writer”、 “Erasers” 和 “Readers”。  短链酰基- ptms 来源于多种代谢途径（文字字体为紫色），包括糖酵解、TCA循环、氨基酸分解代谢、脂肪酸代谢、生酮途径等。 乳酸化主要源于糖酵解； 丁基化主要来源于脂肪酸代谢途径； 巴豆酰化产生于氨基酸分解代谢和脂肪酸代谢途径； 戊二酰化主要来源于氨基酸分解代谢途径； β-羟基丁基化源于氨基酸分解代谢和生酮途径； 2-羟基异丁基化主要来源于氨基酸分解代谢和脂肪酸代谢途径； 丙二酰化主要来自脂肪酸代谢途径； 琥珀酰化主要通过TCA循环产生（参考文献[38]）。 此外，短链酰基- ptms由“作家”添加到特定的氨基酸位点； “橡皮擦”去除这些酰化修饰； “阅读器”识别蛋白质上的ptm。 缩写：AARS1/2， alanyl-tRNA合成酶1/2； ACAT2，乙酰辅酶a乙酰转移酶2； Bhb， β-羟基丁基； BRD9，含溴结构域蛋白9； Brg1，Brahma相关基因1； Bu，丁酰基；CBP， creb结合蛋白； CDYL1，染色质域Y样蛋白1； CECR2，染色体候选区域2； CPT1A，肉碱棕榈酰转移酶1A； Cr，巴豆基； DPF，双PHD锌指；DLAT, 二氢硫辛酰胺乙酰转移酶； ENL，11-19-白血病; GAS41，胶质瘤扩增序列41； GCN5，通用控制非抑制蛋白5； Glu，戊二酰基； HAT1，组蛋白乙酰转移酶1； HBO1，与ORC1结合的组蛋白乙酰转移酶HBO1; HDAC，组蛋白去乙酰化酶； Hib， 2-羟基异丁基； KAT8，赖氨酸乙酰转移酶8； La，乳酸酰基； Ma：丙二酰基；MOF，雄性缺失蛋白； MYST, Moz, Ybf2/Sas3, Sas2, Tip60； oxct1,3-氧代酸CoA转移酶； p300， E1A结合蛋白p300； PCAF， p300/ cbp关联因子； PMAT1，酚苷丙二酰转移酶1； SIRT，去乙酰化酶Sirtuin; Suc，琥珀基； TAF1， TATA-box结合蛋白相关因子1； TCA，三羧酸循环； TIP60，Tat相互作用蛋白60kDa； YEATS，Yaf9， ENL, AF9, Taf14, Sas5。 3.1 Epigenetic writers 酰基转移酶负责将酰基辅酶a供体（如丁基-、琥珀基-、丙二醇基-、丁基-、戊二酰-、羟基异丁基-、β-羟基丁基-和乙酰辅酶a）上的酰基转移到赖氨酸或丝氨酸等氨基酸侧链上。 组蛋白乙酰转移酶（HATs）不仅能促进乙酰化，还能催化各种酰化修饰。 根据其序列和结构特征，将hat分为三个主要家族：(1)p300/CBP家族； (2) Moz、Ybf2/Sas3、Sas2、Tip60 （MYST）家族，包括Tip60、单核细胞白血病锌指蛋白（Moz）、Moz相关因子（MORF）、结合ORC1的组蛋白乙酰转移酶（HBO1）和雄性缺失的第一个（MOF），分别被称为赖氨酸乙酰转移酶（KAT） 5、KAT6A、KAT6B、KAT7和KAT8； (3) GCN5相关的n-乙酰转移酶（GNAT）家族，包括组蛋白乙酰转移酶1 （HAT1）、一般对照非抑郁性5 （GCN5）、p300/ cbp相关因子（PCAF）等。 这些科的成员主要集中在细胞核内。值得注意的是，p300和CBP，统称为p300/CBP，在氨基酸序列和功能上具有高度的同源性，使它们能够催化广泛的酰化修饰。 p300/CBP复合物的催化核心包括溴结构域、HAT结构域、富含半胱氨酸和组氨酸的区域（包括PHD和RING结构域）以及zz型锌指结构域。 MYST家族包括一个MYST结构域，其典型特征是一个HAT功能域、一个C2HC锌指和一个乙酰辅酶a结合位点。 保守的HAT结构域作为酶催化区域，与乙酰辅酶a和底物相互作用。 TIP60，也被称为KAT5，因其在DNA损伤修复、转录调控和细胞周期控制中的关键作用而被广泛研究。 GNAT家族具有保守的n端GNAT结构域，约140个氨基酸，由5个螺旋和4个连接体连接的β片组成。 GCN5蛋白包括三个不同的结构域：c端Bromodomain， n端PCAF domain和催化活性的HAT domain， HAT domain是保守的，负责乙酰辅酶a识别。  “作家”已经证明了将各种酰基连接到特定氨基酸残基上的能力，如赖氨酸(K)和丝氨酸(S)，从而影响蛋白质的结构和功能。 例如，p300促进组蛋白H3K18的乳酸化，增强细胞周期相关基因双特异性蛋白激酶TTK （TTK）和BUB1有丝分裂检查点丝氨酸/苏氨酸激酶B （BUB1B）的表达，促进胰腺导管腺癌的肿瘤生长。 此外，p300在结直肠癌（CRC）细胞中乙酰化肿瘤蛋白53 （p53）的丝氨酸46，导致p53水平降低，p53依赖性糖酵解活性增加，并在代谢或DNA损伤诱导的应激下增强CRC细胞增殖。。然而，负责这些翻译修饰的特定的酰基转移酶需要进一步的探索。值得注意的是，研究已经确定了3-氧酸辅酶A-转移酶1(OXCT1)，这是一种新的琥珀酸基转移酶，以关键氨基酸位点G424为靶标，与酮体代谢酶有关。OXCT1介导丝氨酸β-内酰胺酶样蛋白(LACTB)K284位的琥珀酸化修饰，抑制其蛋白酶活性，从而促进肝癌进展。同样，最近的研究发现了四种新的乳糖基转移酶：丙氨酰-tRNA合成酶1(AARS1)，丙氨酰-tRNA合成酶2(AARS2)，以及乙酰基转移酶KAT8和HBO1，每种酶的乳糖基转移酶活性都不同于它们在癌症进展中的传统作用。Ju等人报道称，AARS1作为乳糖基转移酶，直接利用乳酸催化Hippo信号通路关键成分的乳糖化，从而激活下游基因转录，促进胃癌细胞增殖。此外，谢等人将KAT8描述为一种泛乳糖基转移酶，通过乳酸酰化真核翻译延伸因子1α2（eEF1A2）第408位赖氨酸，可提高蛋白质翻译效率，从而促进结直肠癌（CRC）进展。此外，牛宁团队则发现HBO1酶作为组蛋白乳酸酰化的"书写酶"，其E508位点是关键催化中心，通过介导组蛋白H3K9乳酸化修饰调控水通道蛋白1（AQP1）、层粘连蛋白γ2（LAMC2）及凝血因子X（F10）等基因转录，最终促进宫颈癌发展。值得注意的是，在原核生物中发现的GNAT家族新型乙酰转移酶GNAT13，可通过乳酸酰化RNA聚合酶α亚基（RpoA）第173位赖氨酸，抑制变形链球菌生物膜合成。随着翻译后修饰研究的深入，更多特异性酰基转移酶有望被鉴定，为阐释这类修饰密码的生物学功能奠定基础。 3.2 Epigenetic erasers “橡皮擦”一词主要指HDAC家族（组蛋白去乙酰化酶），该类酶能催化去除赖氨酸残基上的乙酰化修饰，进而调控蛋白质稳定性与酶活性。典型实例包括：去琥珀酰化酶SIRT5通过去除p53蛋白K120位点的琥珀酰化修饰抑制其转录活性，以及转酮醇酶(TKT)，在去丙氨酸化后激活它。此外，去琥珀酰化酶SIRT7通过去除蛋白精氨酸甲基转移酶5（PRMT5）K387位点的琥珀酰化修饰，减少其泛素化降解，而HDAC3通过去除末端结合蛋白1（EB1）的巴豆酰化修饰，增强其微管结合能力。目前，人类已鉴定出18种HDAC同工酶，根据氨基酸序列、同源性、相对分子质量和细胞定位分为四类：I类(HDAC1-3、HDAC8，主要定位于细胞核)；IIa类(HDAC4、5、7、9，存在于细胞核和细胞质中)和IIb类(HDAC6、10，主要存在细胞质)；III类(SIRT1-7，存在于细胞质、细胞核和线粒体中，NAD+为催化位点)；IV类(HDAC11，存在于细胞核和细胞质中)。第I、IIa、IIb和IV类中的11个亚型是依赖于锌的酶，其特征是具有一个保守的活性部位，其结构类似于容纳锌离子的隧道状口袋。HDACs中依赖于锌离子的脱乙酰化机制与金属蛋白酶和丝氨酸蛋白酶的脱乙酰化机制相似。最初，锌离子与乙酰化赖氨酸残基上的羰基氧相互作用，诱导极化并激活亲电碳。催化水分子与锌离子结合，组氨酸残基侧链形成氢键，使水分子具有高度的亲核性。亲核水分子攻击乙酰化赖氨酸的羰基碳，形成四面体氧负离子中间体。脱乙酰化的过程是质子从组氨酸侧链转移到赖氨酸的氨基氮，产生醋酸盐和赖氨酸作为副产物。III类SIRT是依赖NAD+的蛋白去乙酰基酶，对于逆转乙酰赖氨酸修饰是必不可少的。NAD+依赖的脱乙酰化机制包括NAD+与乙酰化赖氨酸残基反应形成ADP-核糖(ADPR)-肽-亚胺中间体。NAD+的消耗，连同乙酰化蛋白质底物与水分子共同作用，导致赖氨酸N(ε)位点乙酰基的移除，并生成烟酰胺和2'-O-乙酰基-ADP-核糖（2’-AADPR）作为副产物。上述过程使得SIRTs能够动态响应细胞内NAD+和烟酰胺水平的波动。新发现的PTMS涉及的HDAC包括HDAC1-4、6、SIRT1-7。与2-羟基异丁酰化相关的脱乙酰酶不仅包括HDAC1-3和SIRT7，还包括酵母中的Rpd3p和Hos3p，以及原核生物中的CobB。 往期要点 代谢相关的蛋白质修饰机制（一） 代谢相关的蛋白质修饰机制（二） 3.3 Epigenetic readers 蛋白质上的翻译后修饰（PTMs）由被称为"阅读蛋白"（Readers）的特殊功能蛋白进行识别与解读，这些蛋白含有特定的功能结构域。这些“阅读器”在识别组蛋白共价修饰方面发挥了关键作用，这是表观遗传调控机制的核心。此类"阅读蛋白"在识别组蛋白共价修饰过程中起核心作用，是表观遗传调控机制的关键环节。截至目前，在本综述涉及的短链酰化修饰中，除丙二酰化和2-羟基异丁酰化的识别机制尚待阐明外，其余修饰均已有特异性"阅读蛋白"被鉴定发现。以往的研究表明，含有溴域蛋白的溴域蛋白9(BRD9)、染色体区域候选蛋白2(CECR2)、TATAbox结合蛋白相关因子1(TAF1)以及含有YEATS (Yaf9、en1、AF9、Taf14、Sas5)结构域的蛋白AF9可以作为组蛋白丁酰化修饰的“阅读器”。到目前为止，只有一种蛋白质被鉴定为琥珀酸化“阅读器”：胶质瘤扩增序列41(GAS41)。GAS41具有一个Yeats结构域，它通过与质子化的组氨酸残基形成特定的盐桥来检测Ksuc，这一机制与Yaf9类似。作为巴豆化“阅读器”的蛋白质组包括YEATS结构域家族的成员(如人AF9、YEATS2、enl和酵母Taf14和Sas5)和双PhD锌指(DPF)结构域家族(DPF2，Moz)。进化上保守的YEATS结构域存在于四种人类蛋白（ENL、AF9、GAS41和YEATS2）及三种酵母蛋白（Sas5、Taf14和Yaf9）中，该结构域参与染色质重塑、组蛋白修饰、组蛋白变体沉积和转录调控等多种生物学过程。此外，对MOZ和DPF2中DPF结构域的结构研究表明，它们能够特异性识别组蛋白的巴豆化修饰。。值得注意的是，值得注意的是，表观遗传识别机制研究的最新突破，已成功鉴定出针对β-羟基丁酰化与乳酸酰化修饰的特异性"阅读蛋白"。其中，11-19-白血病(Enl)被鉴定为首次报道的β-羟丁酰化“阅读器”，它通过其Yeats结构域识别H3K9bhb基因启动子，从而促进MYC原癌基因(Myc)等癌基因的转录，推动肝细胞癌的进展。在乳糖化领域，Brahma相关基因1蛋白(BRG1)被首次报道为组蛋白乳糖化“阅读器”，可以调节诱导的多能干细胞(IPSC)重编程。随后的一项研究发现，DPF2是一种新型的乳糖化“读取器”，它与H3K14la特异性结合，激活肿瘤发生相关的基因表达程序，最终加速宫颈癌细胞的增殖。这些发现不仅扩展了短链酰基PTMS识别的理论框架，而且为以PTM-Reader为轴的癌症治疗策略提供了新的治疗靶点。 PART.04    MECHANISM OF SHORT-CHAIN ACYL-PTMs MEDIATING TUMORIGENESIS AND DEVELOPMENT    4.1 Short-chain acyl-PTMs impact genomic stability in cancer cells 基因组的不稳定性是癌细胞的一个标志，这使得迅速修复受损的DNA对它们的生存至关重要。PTM研究的进展表明，短链酰基PTM在癌细胞的DNA损伤反应中起着至关重要的作用，显著影响其耐受放疗和化疗的能力。不同的短链酰基PTM，如琥珀酸化、巴豆化、丙二酸化和乳酸化，在DNA损伤修复中表现出不同的调节机制。这些修饰可以针对组蛋白和非组蛋白，影响DNA同源重组(HR)修复和非同源末端连接(NHEJ)修复等过程，调节基因组稳定性，从而调节肿瘤恶性表型和化疗/放射敏感性(图3和表1)。了解这些短链酰基PTM在癌细胞DNA损伤修复中的调控机制是至关重要的。这些知识可能会揭示癌症的脆弱性，为治疗提供新的途径，特别是对耐药肿瘤。组蛋白赖氨酸去琥珀酸化在肿瘤细胞DNA损伤修复和维持基因组稳定中起着重要作用。例如，Li等人。发现SIRT7是一种依赖NAD+的组蛋白脱琥珀酰基酶，被招募到双链断裂(DSB)以催化H3K122脱琥珀酸化。这一过程有助于染色质凝聚和DSB修复，提高乳腺癌、骨肉瘤、结直肠癌和肝癌等肿瘤细胞的存活率。 图3 短链酰基化修饰影响癌症基因组稳定性 短链酰基化修饰通过修饰组蛋白或非组蛋白调控DNA损伤修复过程，进而影响癌症进展。图上部分展示组蛋白修饰对基因组稳定性的影响，下部分为非组蛋白修饰的作用。例如：在肿瘤细胞（如乳腺癌、骨肉瘤）中，H3K122去琥珀酰化促进DNA修复；骨肉瘤和结直肠癌（CRC）细胞中H2AK119去巴豆酰化促进该位点泛素化，最终降低基因组不稳定性；骨肉瘤细胞中H3K9去巴豆酰化增强DNA同源重组（HR）修复；非组蛋白DNA-PKcs第525位赖氨酸（K525）巴豆酰化促进非同源末端连接（NHEJ）修复，导致宫颈癌（CCA）放疗抵抗；CRC细胞中非组蛋白TKT第281位赖氨酸（K281）去丙二酰化维持核苷酸可用性以避免DNA损伤，介导CRC对5-氟尿嘧啶（5-FU）耐药；肿瘤细胞（如乳腺癌、结直肠癌、骨肉瘤）中非组蛋白MRE11第673位赖氨酸（K673）乳酸酰化及胃癌细胞中NBS1第388位赖氨酸（K388）乳酸酰化均促进DNA HR修复并诱导化疗抵抗。图中虚线箭头表示酰化修饰的去除。 缩写说明：5-FU：5-氟尿嘧啶；BMI1：多梳复合体蛋白BMI-1；CBP：CREB结合蛋白；CCA：宫颈癌；CDYL1：染色质域Y样蛋白1；CESC：宫颈鳞状细胞癌及腺癌；Cr：巴豆酰基；CRC：结直肠癌；DNA-PKcs：DNA依赖性蛋白激酶催化亚基；DSBs：双链断裂；GCN5：通用控制非抑制蛋白5；GI：基因组不稳定性；HR：同源重组；La：乳酸酰基；Ma：丙二酰基；MRE11：减数分裂重组蛋白11；NAD+/NADH：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸；NBS1：奈梅亨断裂综合征蛋白1；NHEJ：非同源末端连接；OS：骨肉瘤；P：磷酸基团；p300：E1A结合蛋白p300；R5P：核糖-5-磷酸；RAD50：RAD50双链断裂修复蛋白；SIRT1/5/6/7：去乙酰化酶Sirtuin 1/5/6/7；Suc：琥珀酰基；TIP60：Tat相互作用蛋白60 kDa；TKT：转酮醇酶；TRCs：转录-复制冲突；Ub：泛素。 表1 短链酰基- ptms影响肿瘤细胞基因组稳定性。 组蛋白赖氨酸去琥珀酸化在肿瘤细胞DNA损伤修复和维持基因组稳定中起着重要作用。例如，Li等人发现SIRT7是一种依赖NAD+的组蛋白脱琥珀酰基酶，被招募到双链断裂(DSB)以催化H3K122脱琥珀酸化。这一过程有助于染色质凝聚和DSB修复，提高乳腺癌、骨肉瘤、结直肠癌和肝癌等肿瘤细胞的存活率。相反，巴豆酰化修饰能影响DNA双链断裂（DSB）诱导的转录抑制、DSB修复及DNA复制应激应答。Hao团队研究表明，巴豆酰化参与骨肉瘤和结直肠癌（CRC）细胞的复制应激响应过程。SIRT1介导的组蛋白H2AK119巴豆酰化修饰去除，可化解复制应激引发的转录-复制冲突（TRCs），从而维护基因组稳定性。在骨肉瘤中，巴豆酰辅酶A水合酶CDYL1被招募至DSB位点，通过下调DSB周边区域的H3K9巴豆酰化水平促进DNA同源重组（HR）修复。此外，DNA损伤也会反向调控巴豆酰化修饰水平。Liao团队发现，在结直肠癌细胞发生DNA损伤时，SIRT6介导H3K27巴豆酰化水平下降，为DNA损伤修复做好准备。巴豆酰化在癌症DNA损伤过程中的精细调控作用凸显了其深入研究的必要性。 除了组蛋白修饰，巴豆化、丙二酰化和乳糖化还通过靶向非组蛋白蛋白，如DNA依赖的蛋白激酶催化亚单位(DNA-PKcs)、TKT和减数分裂重组11(Mre11)来调节DNA损伤过程。例如，han等人。组蛋白乙酰转移酶GCN5使K525上的DNA-PKcs发生巴豆化，增强了DNA-PKcs的DNA结合活性。这种增强促进了NHEJ的修复，降低了癌症的放射敏感性。在结直肠癌中，减少的丙二酸化通过SIRT5介导的K281位TKT的去丙氨酸化来防止DNA损伤，支持核苷酸合成和保护DNA损伤，最终赋予对5-氟尿嘧啶(5-FU)的耐药性。最近的研究发现，蛋白质的乳糖化与肿瘤细胞的DNA损伤修复和化疗耐药有关。例如，Chen等人。研究发现，HR蛋白Mre11在K673位被CBP乳糖化，提高了DNA结合能力，促进了DNA修复，并导致乳腺癌、结直肠癌和骨肉瘤的化疗耐药。相反，抑制Mre11的乳酸化会阻碍HR修复的过度激活，从而增强癌细胞对化疗的敏感性。 除组蛋白修饰外，巴豆酰化、丙二酰化与乳酸酰化还通过靶向非组蛋白（如DNA依赖性蛋白激酶催化亚基DNA-PKcs、转酮醇酶TKT以及减数分裂重组蛋白MRE11）参与DNA损伤过程的调控。例如，Han团队研究发现，在宫颈癌细胞中组蛋白乙酰转移酶GCN5介导DNA-PKcs第525位赖氨酸的巴豆酰化修饰，可增强DNA-PKcs的DNA结合活性，进而促进非同源末端连接（NHEJ）修复并降低肿瘤放疗敏感性。在结直肠癌中，SIRT5介导TKT第281位赖氨酸的去丙二酰化修饰，通过抑制丙二酰化水平减少DNA损伤，该过程通过维持核苷酸合成保护基因组完整性，最终导致肿瘤对5-氟尿嘧啶（5-FU）化疗耐药。最新研究发现蛋白质乳酸酰化修饰与肿瘤细胞DNA损伤修复及化疗耐药存在密切联系。例如，Chen团队发现CBP介导HR修复蛋白MRE11第673位赖氨酸的乳酸酰化修饰，可增强其DNA结合能力，促进乳腺癌、结直肠癌和骨肉瘤的DNA修复并诱导化疗耐药；反之，抑制MRE11乳酸酰化能够阻碍HR修复的过度激活，从而提高肿瘤细胞对化疗的敏感性。此外，在胃癌中，TIP60介导的奈梅亨断裂综合征蛋白1（NBS1）第388位赖氨酸的乳酸酰化修饰，促进了DNA双链断裂位点处MRN复合物（MRE11-RAD50-NBS1）及多种同源重组（HR）修复蛋白的组装，从而增强DNA修复能力并诱导对顺铂和依托泊苷等化疗药物的耐受性。鉴于瓦伯格效应（Warburg effect）在多数肿瘤中的普遍性，乳酸酰化调控HR修复机制的揭示，为细胞代谢与DNA修复通路之间的交互作用提供了新视角，也为靶向乳酸富集型肿瘤的治疗策略开辟了新路径。 这些发现凸显了短链酰基化修饰在调控DNA损伤修复途径、影响基因组稳定性及促进癌症进展中的关键作用。PTMs的调控范围已超越组蛋白修饰，延伸至DNA损伤调控相关的非组蛋白领域。然而，仍需进一步研究以全面阐明并验证这些调控机制。深入理解短链酰基化修饰在DNA损伤修复中的功能意义，对开发创新癌症治疗策略——尤其在克服抗肿瘤药物耐药性方面——具有重要指导价值。 4.2 Short-chain acyl-PTMs affect gene transcription in cancer cells 基因转录的精准调控是驱动肿瘤发生与进展的核心机制。近期研究发现，琥珀酰化、巴豆酰化、β-羟基丁酰化及乳酸酰化等短链酰基化修饰，通过在表观遗传层面构建复杂转录调控网络——包括动态重塑染色质结构、调控转录因子活性，从而重编程致癌转录程序（图4和表2）。具体而言，PTMs可通过改变组蛋白修饰状态增强DNA可及性，进而促进基因转录。例如，乳酸酰化（Kla）、β-羟基丁酰化（Kbhb）和2-羟基异丁酰化（Khib）等修饰在赖氨酸残基上引入羟基基团，增强其氢键形成能力，进而促进染色质重塑因子、转录因子及组蛋白修饰因子的招募。这一过程最终促进染色质重组和基因表达调控。此外，琥珀酰化（Ksuc）修饰在生理pH条件下将赖氨酸残基所带电荷由正转负，从而降低DNA-组蛋白亲和力，影响核小体稳定性及DNA-蛋白质复合物的解离。另一方面，带负电的巴豆酰基团引入会减少正电荷密度，增强其与DNA的结合能力以及与转录因子的相互作用。值得注意的是，短链酰基化修饰还延伸至p53、C末端结合蛋白1（CTBP1）等非组蛋白转录因子，通过调控其转录活性影响下游靶基因表达。这些发现共同揭示了短链酰基化修饰在基因转录调控中的核心作用，其通过重塑表观遗传景观深刻影响癌症进程。进一步深入研究这些调控机制，将全面拓展对PTMs功能意义的认知，并为开发创新癌症治疗策略——尤其为克服抗肿瘤药物耐药性提供重要理论依据。 图4 短链酰基化修饰影响癌细胞基因转录 短链酰基化修饰可通过修饰组蛋白或非组蛋白调控肿瘤相关基因的转录，进而影响肿瘤的发生与进展。一般而言，组蛋白上的短链酰基化修饰多促进肿瘤细胞基因转录，而非组蛋白（如转录因子）的短链酰基化修饰对基因转录的影响取决于被修饰蛋白活性的改变。 (A) 琥珀酰化 组蛋白H3K122/K79琥珀酰化促进转录激活；转录因子CTBP1和p53的琥珀酰化增强其转录活性。 (B) 巴豆酰化 H3K27/K18巴豆酰化促进基因转录；H3K27巴豆酰化亦被报道可诱导转录抑制。(C) β-羟基丁酰化 H3K9/K18和H4K8的β-羟基丁酰化促进基因转录。 (D) 乳酸酰化 H3K18和H4K12乳酸酰化驱动转录上调。注：橙色字体标注组蛋白及其修饰位点） ABCC2/3/10：ATP结合盒转运蛋白C亚家族成员2/3/10 ；ATX：自分泌运动因子；BAX：Bcl-2相关X蛋白；BDH1：β-羟基丁酸脱氢酶1；Bhb：β-羟基丁酰基；BPTF：溴结构域PHD指转录因子；BUB1B：BUB1有丝分裂检查点丝氨酸/苏氨酸激酶B；CBP：CREB结合蛋白；CCNB1：细胞周期蛋白B1；CCR8：C-C motif趋化因子受体8；CD39：分化簇39；CD73：分化簇73；CDH1：钙黏蛋白1；CDKN2B：细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子2B；CHD4：染色质域解旋酶DNA结合蛋白4；c-Jun：原癌基因c-Jun；Cr：巴豆酰基；CREB3：cAMP应答元件结合蛋白3；CREBBP：CREB结合蛋白；CTBP1：C末端结合蛋白1；DNA-PKcs：DNA依赖性蛋白激酶催化亚基；ETS1：E26转化特异性因子1；GAS41：胶质瘤扩增序列41；GTPBP4：GTP结合蛋白4；HAT1：组蛋白乙酰转移酶1；HDAC1/2：组蛋白去乙酰化酶1/2；HIF-2α：缺氧诱导因子2α；HIF-β：缺氧诱导因子β；JMJD6：含Jumonji结构域蛋白6；KAT2A：赖氨酸乙酰转移酶2A；La：乳酸酰基；LDHA：乳酸脱氢酶A；MDM2：MDM2原癌基因；MTA2：转移相关蛋白2；NPM1：核磷蛋白1；p21：细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子1A；p300：E1A结合蛋白p300；p53：肿瘤蛋白p53；p85α：磷脂酰肌醇3-激酶调节亚基1；PUMA：p53上调凋亡调节因子；RPTOR：mTOR复合体1调控相关蛋白；RUBCNL/Pacer：Rubicon样自噬增强子；SIN3A：SIN3转录调节家族成员A；SIRT3：去乙酰化酶Sirtuin 3；Suc：琥珀酰基；TIMM23：线粒体内膜转位酶23；TME：肿瘤微环境；TTK：TTK蛋白激酶；YBX1：Y盒结合蛋白1；YWHAZ：酪氨酸3-单加氧酶/色氨酸5-单加氧酶激活蛋白ζ；YY1：阴阳因子1；α-KGDH：α-酮戊二酸脱氢酶；β-HB：β-羟基丁酸；（注：本图系统总结了短链酰基化修饰通过组蛋白与非组蛋白靶点调控基因转录的核心机制，揭示了修饰类型与转录输出之间的复杂关联性。） 表2  短链酰基- ptms对肿瘤细胞基因转录的影响。 琥珀酰化可通过修饰组蛋白及非组蛋白（如转录因子）上的赖氨酸残基，显著影响基因转录过程，进而调控其转录活性（图4A）。Zorro Shahidia团队的研究表明，p300/CBP介导的H3K122琥珀酰化能破坏核小体的稳定性，可能促使组蛋白八聚体从DNA上解离，从而增强DNA可及性。该机制在转录起始位点等调控区域尤为关键，H3K122琥珀酰化可增强转录因子的结合能力，进而激活并维持转录过程。反之，SIRT5（或SIRT7）介导的H3K122去琥珀酰化会导致染色质稳定化和压缩，最终降低DNA可及性。在肝癌中，HAT1对组蛋白H3第122位赖氨酸（K122）的琥珀酰化修饰起重要作用，通过表观遗传机制调控肿瘤细胞中CREB结合蛋白（CREBBP）、溴结构域PHD指转录因子（BPTF）及mTOR复合体1调控相关蛋白（RPTOR）等基因的表达，从而促进肿瘤发生。在胶质瘤中，α-酮戊二酸脱氢酶（α-KGDH）复合物与赖氨酸乙酰转移酶2A（KAT2A，亦称GCN5）在肿瘤细胞核内相互作用，通过琥珀酰辅酶A诱导组蛋白H3K79琥珀酰化，进而启动磷脂酰肌醇3-激酶调节亚基1（p85α）、DNA依赖性蛋白激酶催化亚基（DNA-PKcs）及原癌基因c-Jun（c-Jun）等原癌基因的转录，促进胶质瘤细胞增殖。类似地，在胰腺导管腺癌（PDAC）中，KAT2A通过调控酪氨酸3-单加氧酶/色氨酸5-单加氧酶激活蛋白ζ（YWHAZ，编码14-3-3ζ蛋白）启动子区域的H3K79琥珀酰化，增强14-3-3ζ表达，抑制β-catenin降解，促进β-catenin依赖性基因表达，从而提升肿瘤细胞的糖酵解、增殖和侵袭能力。琥珀酰化还可修饰转录因子并参与基因转录调控。例如在前列腺癌中，KAT2A介导转录抑制因子CTBP1第46和280位赖氨酸的琥珀酰化，抑制其对钙黏蛋白1（CDH1）转录的抑制作用，上调CDH1表达，促进CDH1介导的前列腺癌转移。此外，结直肠癌中p53蛋白K120位点的去琥珀酰化会减弱其在靶基因启动子区域的富集程度——这些靶基因包括细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子1A（p21）、p53上调凋亡调节因子（PUMA）、Bcl-2相关X蛋白（BAX）及MDM2原癌基因（MDM2）等，从而抑制这些靶基因的转录以及p53诱导的细胞凋亡。这些结果表明，除了干预组蛋白琥珀酰化修饰外，破坏转录因子等非组蛋白的琥珀酰化修饰同样能够抑制原癌基因的转录，进而可能阻碍肿瘤进展。这凸显了理解和靶向翻译后修饰（PTMs）对于开发创新癌症治疗策略的重要性。 组蛋白巴豆酰化被认为可以增强基因表达（图4B）。例如在转移性结直肠癌组织中，E26转化特异性因子-1（ETS1）启动子区域的H3K27巴豆酰化修饰会提升其表达水平。LINC00922通过与SIRT3结合阻碍其向ETS1启动子的转位，从而增加H3K27巴豆酰化水平并上调ETS1表达，最终促进结直肠癌细胞在体外和体内的侵袭与迁移能力[96]。另一项结直肠癌研究表明，H3K18巴豆酰化可刺激自分泌运动因子（ATX）的转录。具体机制上，缺氧诱导因子2α（HIF-2α）与缺氧诱导因子β（HIF-β）形成的异源二聚体直接结合于ATX启动子上的缺氧反应元件（HRE），招募p300/CBP发挥乙酰转移酶活性，导致H3K18巴豆酰化水平升高并诱导ATX表达，进而促进结直肠癌细胞迁移。然而，Liu团队发现染色质上H3K27巴豆酰化的缺失可介导结直肠癌细胞中基因转录的抑制。具体而言，染色质上的H3K27巴豆酰化可被GAS41的YEATS结构域特异性识别，后者与SIN3转录调节家族成员A（SIN3A）和HDAC1形成复合物，并由致癌转录因子MYC招募至靶基因区域，从而抑制p21及细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子2B（CDKN2B）等基因的表达，促进肿瘤增殖[97]。总而言之，组蛋白巴豆酰化对基因转录的影响具有双重性：既可促进某些基因的转录，也可导致基因转录抑制，共同参与癌症进展的调控过程。 β-羟基丁酰化通过修饰组蛋白促进基因转录，并在肿瘤发生中起关键作用（图4C）。Huang团队体外实验证明，乙酰转移酶p300可催化核小体上组蛋白（如H3K9、H3K18和H4K8）的β-羟基丁酰化（Kbhb）修饰，直接激活下游转录[33]。在肝细胞癌（HCC）中，转移相关蛋白2（MTA2）与组蛋白去乙酰化酶2/染色质域解旋酶DNA结合蛋白4（HDAC2/CHD4）复合物通过R-loop转录抑制机制抑制β-羟基丁酸脱氢酶1（BDH1），导致β-羟基丁酸（β-HB）积累和H3组蛋白β-羟基丁酰化修饰水平升高，进而上调与HCC不良预后相关的干细胞性基因表达——这些基因包括含朱米吉结构域蛋白6（JMJD6）、cAMP应答元件结合蛋白3（CREB3）、GTP结合蛋白4（GTPBP4）、核仁磷酸蛋白1（NPM1）及线粒体内膜转位酶23（TIMM23）等，最终促进HCC的形成与进展。 乳酸酰化作为一种新兴的翻译后修饰，因其通过组蛋白修饰在多种癌症中促进基因转录和癌症进展的作用而受到广泛关注（图4D）。例如在膀胱癌中，组蛋白H3K18乳酸酰化可增强致癌因子脂质运载蛋白2（LCN2）的表达，刺激膀胱癌细胞增殖和迁移。Li团队研究发现胰腺导管腺癌（PDAC）中存在糖酵解-H3K18la-TTK/BUB1B正反馈循环：PDAC中增强的糖酵解作用增加乳酸生成，进而提高H3K18乳酸酰化水平；这种修饰进一步促进两个细胞周期相关基因TTK和BUB1B的转录；TTK和BUB1B的升高表达上调组蛋白乳酸转移酶p300， TTK激活乳酸脱氢酶A (LDHA)，进一步增加乳酸生成，最终促进组蛋白乳酸化，最终促进PDAC肿瘤细胞增殖和迁移。在髓母细胞瘤中，组蛋白H3K18乳酸酰化可增强分化簇39（CD39）、分化簇73（CD73）及C-C motif趋化因子受体8（CCR8）等基因的启动子活性，通过增加这些免疫相关基因的表达塑造肿瘤免疫抑制微环境。此外，蛋白激酶R样内质网激酶（PERK）调控的葡萄糖代谢可通过组蛋白乳酸酰化诱导白细胞介素10（IL-10）表达，促进单核细胞来源巨噬细胞（MDMs）的免疫抑制功能，推动胶质母细胞瘤进展。 研究表明，组蛋白乳酸酰化通过上调相关基因表达促进肿瘤耐药性。在膀胱癌中，H3K18乳酸酰化促进关键靶基因Y盒结合蛋白1（YBX1）和阴阳因子1（YY1）的转录，增强对顺铂的耐药性[102]。在结直肠癌（CRC）中，乳酸通过H3K18乳酸酰化诱导Rubicon样自噬增强子（RUBCNL/Pacer）的转录，该蛋白与自噬调控基因Beclin1（BECN1）相互作用促进自噬体成熟，并介导III类磷脂酰肌醇3-激酶复合物的招募与功能，从而增强CRC对贝伐珠单抗治疗的耐药性。CRC中升高的乳酸水平还通过组蛋白H4K12乳酸酰化促进ATP结合盒转运蛋白（如ABCC2、ABCC3和ABCC10）的转录，导致CRC细胞对伊立替康化疗不敏感。类似地，在肺癌中，醛酮还原酶家族1B10（AKR1B10）通过Warburg效应增强组蛋白H4K12乳酸酰化水平，刺激细胞周期蛋白B1（CCNB1）的转录，加速DNA复制和细胞周期进程，促使肺癌脑转移患者获得对培美曲塞的耐药性。 此外，组蛋白H4K91位点的戊二酰化修饰会破坏核小体稳定性并扰乱染色质高级结构，从而引发全局性转录激活[30]。这些研究系统阐明了短链酰基化修饰在致癌转录重编程中的多维调控机制：从琥珀酰化介导的染色质结构重塑，到乳酸酰化驱动的耐药基因激活，不同的短链修饰类型通过独特而复杂的分子互作网络共同协调肿瘤的表观遗传景观。值得注意的是，KAT2A、SIRT5和p300等翻译后修饰酶作为肿瘤进展的核心调控因子，深入探索这些酶靶点有望为癌症治疗开辟新的治疗漏洞和精准干预策略。 4.3 Short-chain acyl-PTMs affect the protein stability of tumor cells 蛋白质稳态失衡是肿瘤发生和发展的关键因素。 最近的研究表明，各种短链酰化修饰，包括乳酸化、琥珀化和2羟基异丁基化，在调节肿瘤蛋白稳定性中起着关键作用。 这些修饰通过影响蛋白质的降解或稳定来发挥作用，从而调节肿瘤细胞的增殖、转移和耐药性。（图5A和表3）。 图5 短链酰基化修饰通过调控蛋白稳定性、酶活性及蛋白核定位在癌症进展中发挥关键作用 (A) 短链酰基化修饰调控蛋白质稳定性 短链酰基化修饰可影响肿瘤进展关键蛋白的稳定性：乳酸酰化：抑制蛋白降解过程； 琥珀酰化与2-羟基异丁酰化：对蛋白稳定性具有双重调控作用，既可稳定蛋白也可促进降解。 (B) 短链酰基化修饰调控酶活性 通过在酶活性中心关键位点添加酰基（如琥珀酰基、巴豆酰基、乳酸酰基），短链酰基化修饰可：增强或降低酶活性。 (C) 短链酰基化修饰调控蛋白核定位 琥珀酰化、巴豆酰化、丙二酰化及乳酸酰化可促进蛋白质的核定位，从而推动肿瘤发生与进展。（注：图中采用同色字体标注被修饰蛋白、修饰位点及其诱导的生物学效应；虚线标注的PTMs表示修饰的去除；红色“OFF”表示酰化后蛋白降解或酶活性降低，红色“ON”表示蛋白降解或酶活性升高。） 缩写说明：AARS1/2：丙氨酰-tRNA合成酶1/2；ac4C：N4-乙酰胞苷；ACOX2：酰基辅酶A氧化酶2；AK2：腺苷酸激酶2；Akt：蛋白激酶B；ALDH1A1：醛脱氢酶1家族成员A1；ATG14L：自噬相关蛋白14；CCNE2：细胞周期蛋白E2；COX-2：环氧合酶2；Cr：巴豆酰基；CTGF：结缔组织生长因子；CYP61：细胞色素P450 61；DCBLD1：Discoidin、CUB及LCCL结构域包含蛋白1；ENO1：α-烯醇化酶；FBN1：原纤维蛋白1；FDX1：铁氧还蛋白1；G6PD：葡萄糖-6-磷酸脱氢酶；HDAC2/3：组蛋白去乙酰化酶2/3；Hib：2-羟基异丁酰基；HPV16：人乳头瘤病毒16；La：乳酸酰基；LACTB：β-内酰胺酶样蛋白；LDHA：乳酸脱氢酶A；Ma：丙二酰基；Me：甲基；ME2：苹果酸酶2；METTL16：甲基转移酶样蛋白16；MFF：线粒体分裂因子；MMP2：基质金属蛋白酶2；MTHFD1：亚甲基四氢叶酸脱氢酶1；NAD+：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸；NADPH：还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸；NAT10：N-乙酰转移酶10；NMNAT1：烟酰胺单核苷酸腺苷酰转移酶1；NOTCH3：Notch受体3；NUSAP1：核与纺锤体相关蛋白1；OXCT1：3-氧代酸CoA转移酶1；P：磷酸基团；p300：E1A结合蛋白p300；P85α：磷脂酰肌醇3-激酶调节亚基1；PI3K：磷酸肌醇3-激酶；PPP：磷酸戊糖途径；PRKACA：蛋白激酶A催化亚基α；PRMT5：蛋白精氨酸甲基转移酶5；R5P：核糖-5-磷酸；RA：视黄酸；RXRα：视黄醇X受体α；SEPT2：Septin2；SHMT2：丝氨酸羟甲基转移酶2；SIRT5：去乙酰化酶Sirtuin 5；SIRT7：去乙酰化酶Sirtuin 7；SREBP1a：固醇调节元件结合蛋白1a；Suc：琥珀酰基；TCA：三羧酸循环；TEAD1：TEA域转录因子1；TFAM：线粒体转录因子A；TGF-β1：转化生长因子-β1；TIP60：Tat相互作用蛋白60 kDa；TKT：转酮醇酶；Ub：泛素；UVRAG：UV辐射抗性相关基因蛋白；VPS34：空泡分选蛋白34；YAP：Yes关联蛋白；（注：本图系统总结了短链酰基化修饰通过调控蛋白稳定性、酶活性及核定位影响肿瘤进展的多维机制，揭示了修饰动态性与功能输出之间的复杂关联。） 表3短链酰基- ptms对肿瘤细胞蛋白稳定性的影响 乳酸酰化作为蛋白质赖氨酸残基的常见修饰形式，可通过抑制降解过程影响蛋白质稳定性。例如在胰腺导管腺癌（PDAC）中，乳酸介导的核仁与纺锤体相关蛋白1（NUSAP1）第34位赖氨酸（K34）乳酸酰化修饰阻止其被降解，导致NUSAP1表达升高。NUSAP1随后与转录因子c-MYC和缺氧诱导因子1α（HIF-1α）形成转录调控复合物，增强乳酸脱氢酶A（LDHA）的表达，从而促进PDAC的Warburg效应和转移进程。类似地，在宫颈癌中，Discoidin、CUB及LCCL结构域包含蛋白1（DCBLD1）第172位赖氨酸（K172）的乳酸酰化修饰阻碍了泛素化介导的降解过程，通过上调葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）的表达和活性激活磷酸戊糖途径（PPP），进而促进宫颈癌细胞增殖和转移。这些结果表明，抑制肿瘤进展相关的蛋白质乳酸酰化修饰，可通过阻碍肿瘤细胞增殖和转移成为潜在治疗策略。 蛋白质琥珀酰化对稳定性具有双重调控作用，既可稳定蛋白也可促进降解。在卵巢癌中，肉碱棕榈酰转移酶1A（CPT1A）促进线粒体分裂因子（MFF）第302位赖氨酸（K302）的琥珀酰化，从而阻碍Parkin介导的泛素-蛋白酶体降解途径。琥珀酰化MFF的积累进而调控线粒体分裂与功能，增强卵巢癌细胞生长和增殖。在胃癌中，原纤维蛋白1（FBN1）表达显著上调且在第672位赖氨酸（K672）发生广泛琥珀酰化，琥珀酰基团干扰其与基质金属蛋白酶2（MMP2）的结合，并阻碍MMP2对其的降解作用，导致琥珀酰化FBN1异常积累，进而通过与转化生长因子-β1（TGF-β1）复合物相互作用激活磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（Akt）信号通路，促进肿瘤细胞增殖并增加胃癌患者不良预后风险。相反，对于某些蛋白质，去琥珀酰化反而有助于维持稳定性。在肝癌中，SIRT7介导蛋白精氨酸甲基转移酶5（PRMT5）第387位赖氨酸（K387）的去琥珀酰化，阻止其与E3泛素连接酶STIP1同源及U盒包含蛋白1（STUB1）的结合，从而减少泛素化修饰并增强蛋白稳定性，进而通过促进固醇调节元件结合蛋白1a（SREBP1a）的精氨酸甲基化，推动脂质代谢重编程和肿瘤生长。总之，琥珀酰化通过多种机制调控蛋白质稳定性，或稳定或促进降解，具体效应取决于特定蛋白质的结构与特性。 蛋白质琥珀酰化对稳定性具有双重调控作用，既可稳定蛋白也可促进降解。在卵巢癌中，肉碱棕榈酰转移酶1A（CPT1A）促进线粒体分裂因子（MFF）第302位赖氨酸（K302）的琥珀酰化，从而阻碍Parkin介导的泛素-蛋白酶体降解途径。琥珀酰化MFF的积累进而调控线粒体分裂与功能，增强卵巢癌细胞生长和增殖。在胃癌中，原纤维蛋白1（FBN1）表达显著上调且在第672位赖氨酸（K672）发生广泛琥珀酰化，琥珀酰基团干扰其与基质金属蛋白酶2（MMP2）的结合，并阻碍MMP2对其的降解作用，导致琥珀酰化FBN1异常积累，进而通过与转化生长因子-β1（TGF-β1）复合物相互作用激活磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（Akt）信号通路，促进肿瘤细胞增殖并增加胃癌患者不良预后风险。相反，对于某些蛋白质，去琥珀酰化反而有助于维持稳定性。在肝癌中，SIRT7介导蛋白精氨酸甲基转移酶5（PRMT5）第387位赖氨酸（K387）的去琥珀酰化，阻止其与E3泛素连接酶STIP1同源及U盒包含蛋白1（STUB1）的结合，从而减少泛素化修饰并增强蛋白稳定性，进而通过促进固醇调节元件结合蛋白1a（SREBP1a）的精氨酸甲基化，推动脂质代谢重编程和肿瘤生长。总之，琥珀酰化通过多种机制调控蛋白质稳定性，或稳定或促进降解，具体效应取决于特定蛋白质的结构与特性。 与琥珀酰化的作用类似，蛋白质赖氨酸残基的2-羟基异丁酰化修饰对稳定性同样具有双重调控作用。例如，Liao团队发现哺乳动物ac4C修饰酶NAT10第823位赖氨酸的2-羟基异丁酰化修饰可增强其与去泛素化酶USP39的相互作用，从而提高NAT10蛋白稳定性。稳定的NAT10通过以ac4C依赖性方式上调Notch受体3（NOTCH3）mRNA的稳定性，促进食管癌转移。相反，Zhang团队发现膀胱癌干细胞标志物醛脱氢酶1家族成员A1（ALDH1A1）第260位赖氨酸的2-羟基异丁酰化修饰会通过分子伴侣介导的自噬（CMA）途径触发ALDH1A1蛋白降解，从而抑制膀胱癌肿瘤生长并增强对化疗药物的敏感性。然而，HDAC2/3介导的ALDH1A1去2-羟基异丁酰化修饰可通过激活视黄酸（RA）信号通路促进膀胱癌进展。这种复杂性强调了2-羟基异丁基化在调节肿瘤细胞中蛋白质稳定性方面的多方面作用，真核细胞中两种主要的蛋白质降解途径都显著影响这一过程。 虽然它可以阻碍泛素化以稳定蛋白质，但它也可以通过自噬引发蛋白质降解。 此外，先前的研究已经阐明了丁基化在调节蛋白质稳定性中的作用。在食管鳞状细胞癌（ESCC）中，多配体蛋白聚糖结合蛋白通过竞争性结合HDAC11与热休克蛋白90（HSP90）的结合位点，导致HSP90第754位赖氨酸（K754）丁酰化水平升高。该修饰可稳定HSP90蛋白结构，进而激活Akt信号通路并诱导ESCC对5-氟尿嘧啶（5-FU）的化疗耐药。其他修饰是否具有类似调控机制尚需进一步实验验证。 总之，乳酸酰化、琥珀酰化、2-羟基异丁酰化及丁酰化等短链酰基化修饰通过动态调控蛋白质稳态，使肿瘤细胞能够快速适应代谢波动和治疗压力。这些发现为靶向蛋白降解策略开辟了新维度。未来通过整合蛋白质组修饰谱数据，将全面解码决定蛋白质命运决定的"修饰密码"网络。 （文字：7eu 。未完待续，见下期） 点击关注，获取更多精彩