Cell Discov | 中肿再添新作：乳酰化修饰赋予肿瘤细胞铜死亡抗性

选择性多聚腺苷酸化（Alternative Polyadenylation，APA）通过指导选择不同的多聚腺苷酸化位点（Polyadenylation Site, PAS），产生具有不同3′非翻译区（3′UTR）长度的mRNA亚型，是形成转录组多样性和调节癌症治疗耐药性的关键。Warburg效应除了在营养缺乏的微环境中提供能量外，加速的糖酵解也产生大量乳酸，促进肿瘤发生等生物过程。但细胞内的乳酸是否调节APA，目前却尚不清楚。

铜死亡（Cuproptosis）是一种铜水平失调导致的新型程序性细胞死亡，在食管鳞状细胞癌（Esophageal Squamous Cell Carcinoma，ESCC）等多种癌症中观察到血清铜水平升高，其中铁氧化还原蛋白1（FDX1）对于将Cu²⁺还原为毒性更强的Cu¹⁺至关重要。阐明肿瘤细胞逃避铜死亡的机制可为癌症治疗提供新思路。

近日，中山大学肿瘤防治中心谢丹教授和林鹏教授团队在Cell Discovery（IF=12.5）上发表了题为“NUDT21 lactylation reprograms alternative polyadenylation to promote cuproptosis resistance”的研究论文。本研究首次揭示了L-乳酸通过NUDT21乳酰化调控APA，进而抑制铜死亡相关基因FDX1的表达，赋予肿瘤细胞抗铜死亡的能力，并提出靶向“乳酸-NUDT21-FDX1-铜死亡” 轴的联合治疗食管鳞状细胞癌新策略。景杰生物为该研究提供了乳酰化修饰泛抗体支持。

L-乳酸驱动APA重编程并抑制FDX1表达

研究人员发现，食管鳞状细胞癌患者LDHA表达升高，表现出远端PAS优先使用的现象。通过对L-乳酸盐处理的ESCC细胞进行PAS-seq分析，发现PAS序列簇富集在3′UTR区域，也导致了更多3′UTR延长。在两种ESCC细胞系中鉴定到了FDX1、PAWR、BTF3L4等3′UTR延长的基因。

进一步探究FDX1等3′UTR延长基因的蛋白质水平发现，仅FDX1在L-乳酸钠处理后蛋白质水平降低。为了确定该降低是否由远端PAS选择驱动，研究人员构建了两个编码短/长3′UTR的FDX1载体进行探究，发现FDX1长3'UTR 亚型会降低其蛋白生成且受L-乳酸钠调控，表明了L-乳酸驱动的APA重编程降低了ESCC中FDX1蛋白水平，且D-乳酸无此效应，该调控是L-乳酸特异性的。

图1 乳酰化在APA调节中起关键作用

NUDT21-K23la驱动FDX1中的远端PAS使用

为了研究L-乳酸是否通过乳酰化介导APA，研究人员整合了多项研究的乳酰化组学数据，发现NUDT21（也称CFIm25，CFIm复合物亚基之一，促进远端PAS选择）有显著的乳酰化。免疫共沉淀和体外乳酰化等实验显示，AARS1与NUDT21直接结合并催化其发生乳酰化，并通过NUDT21免疫沉淀后LC-MS/MS分析发现HDAC2是负责去乳酰化的酶。

结合先前研究和位点突变实验，研究人员确认了K23是NUDT21重要的乳酰化位点，K23R非修饰突变会消除L-乳酸盐诱导的FDX1 3'UTR 延长和蛋白水平，表明L-乳酸通过NUDT21-K23la驱动FDX1中的远端PAS使用，对FDX1进行调节。

图2 NUDT21 K23乳酰化促进FDX1的3′UTR延长

NUDT21-K23la与CPSF6结合抑制FDX1赋予铜死亡抗性

研究人员通过多种实验发现，L-乳酸盐处理、AARS1过表达等可增强NUDT21与CPSF6（切割和聚腺苷酸化特异性复合物组分，具有3'端剪切识别和多聚腺苷酸尾形成的功能）的相互作用，且K23位点乳酰化尤为关键，表明NUDT21-K23la能促进NUDT21-CPSF6相互作用。该相互作用增强了NUDT21与FDX1 RNA的结合能力，CPSF6敲低消除了L-乳酸盐驱动的NUDT21-FDX1结合，表明NUDT2乳酰化以CPSF6依赖性的方式增强NUDT21与FDX1的相互作用。

FDX1在调节铜死亡具有重要作用，于是研究人员进一步研究了NUDT21乳酰化是否影响ESCC中细胞对铜诱导应激的敏感性，结果发现L-乳酸盐处理可使细胞对铜离子载体（如伊利司莫）诱导的细胞死亡产生抗性，而NUDT21缺失/K23非乳酰化突变则减弱了该抗性，且FDX1消耗逆转了NUDT21敲低导致的铜死亡，表明NUDT21乳酰化通过抑制FDX1赋予铜死亡抗性。

图3 NUDT21的乳酰化促进NUDT21-CPSF6复合物的形成

靶向乳酸-NUDT21-FDX1-铜死亡轴的联合治疗新策略

研究人员通过分析TCGA数据集及251例ESCC临床样本IHC结果等数据发现，高水平NUDT21-K23la的食管鳞状细胞癌患者表现出更差的预后，以及铜稳态途径失调。

NUDT21和LDHA在食管鳞状细胞癌中上调表达，且与铜死亡抗性也相关，于是研究人员利用伊利司莫（铜离子载体）和司替戊醇（LDHA抑制剂）进行联合治疗，结果显示联合治疗具有明显的协同抗肿瘤作用，表明靶向乳酸-NUDT21-FDX1-铜死亡轴是治疗食管鳞状细胞癌的潜力策略。

图4 乳酸-NUDT21-FDX1-铜死亡轴是一种ESCC有前景的治疗策略

综上所述，本研究阐明了L-乳酸可诱导NUDT21-K23位点发生乳酰化，NUDT21-K23la通过增强NUDT21与CPSF6的结合形成CFIm复合物，进而驱动FDX1的3'UTR延长，导致FDX1 mRNA稳定性降低，减少其蛋白生成，最终赋予食管鳞状细胞癌细胞铜死亡抗性，并提出靶向“乳酸-NUDT21-FDX1-铜死亡”轴的治疗新思路。

图5 机制示意图

文章所用景杰抗体产品

景杰评述

该研究首次揭示了乳酰化修饰对APA的调控作用，鉴定了AARS1为NUDT21 乳酰化的“writer”、HDAC2为“eraser”。并将肿瘤代谢（乳酸）、翻译后修饰（乳酰化）、基因表达（APA）与细胞死亡（铜死亡）过程紧密连接，为靶向代谢-基因表达轴的肿瘤治疗提供了新思路。

利用临床数据，发现LDHA-NUDT21-FDX1通路的异常激活与患者预后不良显著相关，其中NUDT21-K23la可作为独立的预后标志物，并提出“代谢抑制剂+铜离子载体”联合治疗策略，这种基于代谢-转录调控轴的精准靶向策略，为ESCC临床治疗提供了极具潜力的新方向。

研究不仅进行了L-乳酸和D-乳酸研究，发现乳酸对FDX1的调节是L-乳酸特异性的，表明L-/D-乳酸在细胞信号转导中具有不同的功能作用，还对NUDT21-K23进行了乳酰化和乙酰化研究，进一步证实了乳酰化是调控APA的主导修饰。

景杰生物现已全面提供L-乳酰化修饰、D-乳酰化修饰泛抗体，可特异性识别L-/D-乳酰化修饰，更真实、精确揭示L-/D-乳酰化修饰的相关功能与分子机制。此外，

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