综述：非组蛋白乳酸化在癌症中的最新进展与临床意义

摘要：乳酸化（Lactylation）是一种新型翻译后修饰（Post-translational modification, PTM），其特征是将乳酸（Lactate）共价连接到特定赖氨酸（Lysine）残基上，已成为癌症（Cancer）中的关键代谢调节器。最初与组蛋白（Histone）修饰介导的转录控制相关，最近的研究进展通过揭示广泛的非组蛋白（Non-histone）乳酸化扩展了这一范式，非组蛋白乳酸化调节蛋白质稳定性（Protein stability）、酶活性（Enzymatic activity）和相互作用（Interactions），从而显著影响肿瘤增殖（Tumor proliferation）、转移（Metastasis）和治疗抵抗（Therapy resistance）。最近的研究进展发现了驱动乳酸化的几种关键酶，包括赖氨酸乙酰转移酶（Lysine acetyltransferases）和去乙酰化酶（Deacetylases），以及新型“书写器”（Writers）如丙氨酰-tRNA合成酶（Alanyl-tRNA synthetases, AARS），突显了乳酸化机制的复杂性和多样性。本综述综合了当前非组蛋白乳酸化在癌症中的进展，强调其调节机制和功能影响。研究人员还讨论了潜在的治疗策略，例如靶向乳酸驱动途径的小分子抑制剂（Small-molecule inhibitors）和肽类药物（Peptides）。通过整合当前证据，本综述强调非组蛋白乳酸化是癌症研究和管理的一个有前景的领域，为代谢（Metabolism）与肿瘤生物学（Tumor biology）之间的复杂相互作用提供了新的见解。

本综述系统总结了非组蛋白乳酸化在癌症中的研究进展，涵盖其调节机制、功能影响和临床意义。引言部分阐述了翻译后修饰（PTM）在癌症中的重要性，指出乳酸作为代谢产物通过乳酸化修饰连接代谢重编程与表观遗传调控。非组蛋白乳酸化作为新兴的PTM，在癌症生物学中发挥枢纽作用，影响肿瘤进展和治疗抵抗。

**Lactate metabolism and the catalytic mechanisms of protein lactylation**
**Overview of lactate as a modification substrate**
在癌症细胞中，即使在常氧条件下，葡萄糖也优先转化为乳酸（即Warburg效应），这种代谢重编程支持快速增殖和生物合成。该过程通过乳酸脱氢酶A（LDHA）将丙酮酸还原为乳酸，生成ATP。高糖酵解通量使乳酸产生速率比完全线粒体葡萄糖氧化快10至100倍。为防止细胞内酸化，积累的乳酸通过单羧酸转运蛋白（主要是MCT4）主动输出至肿瘤微环境（TME）。MCT1则促进邻近氧化性肿瘤细胞摄取乳酸。乳酸作为信号分子，通过激活G蛋白偶联受体GPR81（GPR81）并在TME中诱导酸中毒，发挥广泛的免疫抑制作用，例如损害CD8+ T细胞毒性、抑制CD4+ T细胞Th1极化、促进调节性T细胞（Tregs）扩增、诱导巨噬细胞M2极化、抑制树突状细胞抗原呈递以及抑制自然杀伤（NK）细胞活性。细胞内乳酸作为新型PTM赖氨酸乳酸化（Kla）的直接生化底物，将肿瘤代谢与表观遗传调控联系起来。

**Catalytic mechanisms of lactylation**
**Enzymatic lactylation**
乳酸化主要由酶促和非酶促机制驱动，均以乳酸为底物，但手性特异性不同：L-乳酸参与酶促乳酸化，D-乳酸与非酶促过程相关。酶促乳酸化分为CoA依赖和CoA非依赖途径。CoA依赖途径中，L-乳酸首先转化为L-乳酰辅酶A（L-lactyl-CoA），作为供体将乳酰基（CH3-CHOH-CO-）转移至赖氨酸残基，由乳酸转移酶（如p300、MOF）催化。p300作为首个发现的乳酸化书写器，在乙酰化和乳酸化途径中共享功能。GTP特异性琥珀酰辅酶A合成酶（GTPSCS）在细胞核中作为乳酰辅酶A合成酶，与p300相互作用催化组蛋白乳酸化。ACSS2作为真正的乳酰辅酶A合成酶，将乳酸转化为乳酰辅酶A，连接乳酸代谢与KAT2介导的乳酸化。CoA非依赖途径中，AARS1/2作为乳酸转移酶，直接催化ATP依赖的L-乳酸在赖氨酸残基上的乳酸化，无需乳酰辅酶A。AARS1作为细胞内乳酸传感器，催化p53乳酸化；AARS2位于线粒体，促进线粒体蛋白乳酸化。

**Non-enzymatic lactylation**
非酶促乳酸化涉及D-乳酸，无需酶催化，常在代谢条件下自发发生。D-乳酸常来自糖酵解副产物甲基乙二醛（MGO），形成乳酰谷胱甘肽作为反应中间体，直接修饰赖氨酸。此过程在酸性TME（pH 6.5-6.9）中增强，乳酸积累驱动自发乳酸化，放大全局蛋白乳酸化。

**Erasers of lactylation**
乳酸化逆转由去乳酸化酶催化，包括NAD+依赖的sirtuins（SIRT1-3）和锌依赖的I类组蛋白去乙酰化酶（HDAC1-3）。SIRT1/SIRT3靶向特定底物，如ENO1-K228la和PKM2-K207la。HDACs如HDAC3去乳酸化NBS1-K388la，破坏同源重组修复；HDAC2去乳酸化METTL3，促进m6A修饰和化疗抵抗。

**Readers of乳酸化**
乳酸化功能依赖于识别乳酰化赖氨酸的“阅读器”。溴结构域（BRD）家族如BRD4识别组蛋白乳酸化（如H4K8la），连接糖酵解与转录调控。DPF2识别H3K14la并定位于癌基因启动子（如MYC），招募染色质重塑复合物。可能存在泛乳酸化阅读器，识别组蛋白和非组蛋白乳酸化。

**Molecular effects of non-histone lactylation and PTM crosstalk**
**Alterations in protein characteristics**
**Protein stability**
乳酸化双向调节蛋白质稳定性：APOC2-K70la增强稳定性促进脂解和转移；HIF-1α乳酸化在常氧下稳定其蛋白；DCBLD1-K172la直接稳定蛋白；TFEB-K91la阻断WWP2介导的泛素化和降解；cGAS-K21la触发蛋白酶体降解，抑制干扰素产生。

**Enzymic activity**
乳酸化影响酶活性：METTL16-K229la增强其m6A甲基转移酶活性；PKM2-K62la增加丙酮酸激酶活性，抑制四聚体向二聚体转变；FASN-K673la降低脂肪酸合酶活性；PDHA1-K336和CPT2-K457/8乳酸化抑制氧化磷酸化。

**Intermolecular interaction**
乳酸化调节分子间相互作用：Fis1-K20la增强与DRP1结合，引发线粒体分裂；MOESIN-K72la增强与TGF-β受体I结合，驱动上皮-间质转化（EMT）；METTL3乳酸化增强与RNA底物结合，提高m6A甲基化水平；MRE11-K678la增强DNA结合能力，加速同源重组修复；ENSA-K63la增强与PPP2R2D结合，抑制PP2A活性，激活STAT3-CCL2信号。

**Subcellular localization**
乳酸化动态调节蛋白定位：PKM2-K62la稳定四聚体，减少核分布；HMGB1乳酸化促进胞质积累和溶酶体分选；Snail乳酸化驱动核定位，增强TGF-β信号；XRCC1-K247la增强与Importin α结合，促进核转位和DNA修复。

**Crosstalk with other post-translational modifications**
**Acetylation**
乳酸化与乙酰化竞争相同赖氨酸残基，如p53-K120la竞争性抑制K120ac。两者也通过共享酶（如p300）协作，如HMGB1在脓毒症中双重修饰放大警报信号。

**Methylation**
乳酸化作为上游触发器驱动蛋白甲基化级联：PRMT1乳酸化增强其甲基转移酶活性，催化波形蛋白R64不对称二甲基化，驱动肿瘤转移；RBM15-K850la抑制降解，增强与METTL3结合，提高全局m6A水平；YBX1-K92la增强识别m5C修饰转录本。

**Phosphorylation**
磷酸化与乳酸化构成代谢-信号连接：LDHA-Y10磷酸化刺激其活性，增加乳酸生成；CBP介导的MRE11乳酸化依赖ATM磷酸化；Sox10乳酸化依赖其先磷酸化；AMPKα Kla抑制其磷酸化，诱导衰老。

**Ubiquitination and ubiquitin-like modification**
乳酸化与泛素化多层次相互作用：调节泛素酶表达（如USP14-K336la）；直接干扰泛素化（如DCBLD1-K172la、HIF-1α乳酸化、NSUN2-K692la稳定蛋白）；变构破坏E3连接酶-底物相互作用（如TFEB-K91la抑制WWP2结合）。

**Other acylated modifications**
乳酸化与其他酰化修饰（如巴豆酰化、丙二酰化、琥珀酰化）共存，形成多酰基修饰网络，共享书写器（如p300）协同调节蛋白功能。

**Non-histone protein lactylation and cancer hallmarks**
**Orchestrating cancer cell growth and survival**
非组蛋白乳酸化通过Hippo通路效应子YAP/TAZ乳酸化稳定YAP-TEAD复合物，促进胃癌进展；p53乳酸化抑制其液-液相分离和DNA结合能力；METTL16-K229la增强酶活性，驱动铜死亡相关凋亡；KAT8介导的eEF1A2-K408la加速蛋白质合成和肿瘤增殖；HNRNPC-K176la影响RNA可变剪接，上调促癌亚型；β-catenin乳酸化增强稳定性，促进增殖和干性；CCNE2-K347/K348la增强其活性，驱动细胞周期进程。

**Driving metastasis and angiogenesis**
乳酸化通过HIF-1α介导转移和血管生成：MCT1介导的乳酸内流诱导HIF-1α乳酸化，在常氧下稳定它，激活转移程序；PKM2-K206la促进核转位和血管拟态；ABCF1-K430la促进核转位，激活KDM3A-H3K9me2-HIF1A轴；AK2-K28乳酸化促进肝癌进展；NSUN2-K692la稳定蛋白，增强m5C修饰，推动神经周围侵犯。

**Fueling therapy resistance**
乳酸化驱动多治疗抵抗：NBS1-K388la增强MRN复合物形成，促进同源重组修复，抵抗顺铂和放疗；MRE11-K673la加速DNA末端切除，促进化疗抵抗；XRCC1-K247la增强DNA修复能力；NSUN2-K508la通过m5C甲基化稳定GCLC mRNA，抑制铁死亡；HDAC1-K412la抑制恢复细胞对铁死亡的敏感性；YAP-K90la增强肝癌干性和索拉非尼抵抗；PKM2-K206la促进血管拟态和贝伐珠单抗抵抗；AKR1B10-K173la稳定蛋白，形成正反馈回路驱动仑伐替尼抵抗。

**Rewiring metabolic pathways**
乳酸化重塑代谢途径：AK2-K28la灭活，重新定向ATP代谢；PFKP乳酸化上下文依赖调节糖酵解；PTBP1-K436la稳定PFKFB4 mRNA，放大糖酵解输出；PDHA1-K336和CPT2-K457/8乳酸化抑制氧化磷酸化；DCBLD1-K172la稳定蛋白，保护G6PD免受自噬降解，激活磷酸戊糖途径；Vps34-K356/K781la增强自噬体形成。

**Modulating immune landscapes**
乳酸化调节免疫微环境：PD-L1-K810-813la和-K280la增强稳定性，促进免疫逃逸；ENSA-K63la激活STAT3-CCL2信号，招募肿瘤相关巨噬细胞；MOESIN-K72la增强与TGF-β受体I结合，驱动Treg分化，损害抗PD-1疗效；STAT1-K193la抑制IFN-γ信号，减少趋化因子产生；cGAS乳酸化破坏STING信号，抑制抗病毒免疫。

**Clinical implications**
**Lactate concentration as a prognostic biomarker**
乳酸浓度作为预后生物标志物：宫颈癌中乳酸浓度>20 μmol/g预示转移风险升高；IV期非小细胞肺癌中血清乳酸脱氢酶（LDH）升高与全身扩散和生存降低相关。

**Lactylation as a predictive biomarker for ICI response and prognosis**
乳酸化作为免疫检查点抑制剂（ICI）反应和预后的预测生物标志物：胃癌中乳酸化评分模型分层预后；结直肠癌中23基因乳酸化风险模型预测免疫治疗反应；肝癌中IGF2BP3乳酸化水平预测生存不良；多发性骨髓瘤中16基因模型分层化疗抵抗和免疫浸润。

**Targeting glycolysis and lactylation processes**
靶向糖酵解和乳酸化过程：2-脱氧-D-葡萄糖（2-DG）抑制糖酵解，减少乳酸化；LDHA抑制剂如FX11减少乳酸产生，稳定cGAS；MCT1抑制剂AZD3965抑制乳酸外排，减轻免疫抑制；CBP抑制剂阻断MRE11乳酸化，增强化疗和PARP抑制剂敏感性；HDAC抑制剂如SAHA/TSA抑制HDAC1乳酸化，恢复铁死亡敏感性。

**Targeting lactylation effectors**
靶向乳酸化效应物：细胞穿透肽（CPPs）如阻断MRE11乳酸化的肽增强奥拉帕利敏感性；靶向ENSA-K63la的肽重编程TME，增敏抗PD-1治疗；靶向STAT1-K193la的肽恢复IFN-γ信号；抑制ERK-K231la的肽抑制KRAS突变肿瘤生长；靶向NOL6-K54la的肽抑制结直肠癌增殖。

**Drug repurposing and combination therapies**
药物重定位和联合疗法：Fargesin作为糖酵解抑制剂减少乳酸化；Honokiol激活SIRT3，通过调节CCNE2乳酸化促进凋亡；伊曲康唑抑制LDH；氟西汀调节MCT4表达。联合疗法如糖酵解抑制剂与免疫治疗在非小细胞肺癌、胶质母细胞瘤和肝癌中显示协同效应。

综上，非组蛋白乳酸化作为代谢与癌症生物学的关键连接点，通过调节蛋白质稳定性、酶活性、相互作用和定位驱动癌症特征。其与PTM网络的交叉对话增强了功能复杂性。临床转化中，乳酸化标志物用于预后和预测，靶向乳酸化轴（如糖酵解抑制、转运蛋白抑制、效应物靶向和药物重定位）提供治疗策略，但需克服剂量限制毒性、底物特异性和递送挑战。未来研究需完善乳酰化蛋白组学、阐明酶底物特异性并推进临床验证，以实现精准肿瘤治疗。