项目文章 | 南京鼓楼医院研究团队揭示乳酸化+乙酰化调控识别膀胱癌治疗新靶点

2025年12月，南京大学医学院附属鼓楼医院团队在Journal of Experimental & Clinical Cancer Research（IF = 12.8）期刊发表题为“HDAC2 as a therapeutic target in bladder cancer: insights into the altered epigenetic regulation and lysine lactylation”的最新研究成果。体外与体内实验证实，HDAC2过表达显著促进膀胱癌的增殖、转移与化疗耐药；研究开展RNA-seq与ATAC-seq分析，以及蛋白质组学、乙酰化修饰组学与乳酸化修饰组学等分析，揭示HDAC2在表观遗传调节与赖氨酸乳酸化修饰方面的关键作用，表明HDAC2具备可作为膀胱癌治疗靶点的前景。

北京青莲百奥生物科技有限公司为本研究提供乙酰化修饰组学与乳酸化修饰组学分析服务。

研究基于TCGA数据库、UALCAN数据库以及膀胱癌相关GEO数据集发现，HDAC2及其mRNA在肿瘤样本中呈现出高表达。膀胱癌病例（n = 12，配对）的肿瘤及癌旁正常组织裂解液的蛋白质印迹分析表明，HDAC2蛋白在恶性组织中显著上调，在正常组织中表达极低；膀胱癌病例（n = 28）的组织芯片免疫组化分析显示，与匹配正常组织相比，肿瘤存在类似的HDAC2上调趋势。

图1 HDAC2在膀胱癌中呈上调表达状态

为阐明HDAC2对膀胱癌细胞功能的影响，研究在UM-UC-3与T24膀胱癌细胞系中进行HDAC2稳定过表达；进一步的一系列实验表明，HDAC2过表达通过增强膀胱癌细胞的增殖迁移能力并抑制细胞凋亡，从而促进致癌功能。

图2 HDAC2可促进膀胱癌细胞的恶性行为

鉴于HDAC在多种癌症耐药性中的已知作用，以及以顺铂为基础的化疗作为晚期膀胱癌一线治疗的地位，研究深入探讨了HDAC2在顺铂耐药中的具体作用。

实验表明，过表达HDAC2的膀胱癌细胞对顺铂的敏感性降低，而使用HDAC抑制剂治疗可逆转这一趋势，并有效恢复细胞对顺铂的敏感性。此外，顺铂的一个重要作用机制是诱导肿瘤细胞发生双链DNA损伤；研究结果显示，在顺铂处理的条件下HDAC2的上调能够拮抗顺铂诱导的双链DNA损伤。研究进一步利用膀胱癌细胞系在裸鼠中建立了皮下异种移植瘤模型，证实HDAC2的上调显著削弱了顺铂诱导的肿瘤生长抑制。

综上所述，HDAC2是影响膀胱癌顺铂耐药的关键因素。

图3 HDAC2的表达在体外/体内与膀胱癌的化疗耐药性存在关联

研究对对照组与HDAC2过表达细胞开展了转录组测序，结果鉴定到HDAC2过表达细胞中存在148个上调与282个下调基因；功能分析表明，细胞黏附是HDAC2过表达组中最显著上调的通路。

为深入阐明HDAC2在膀胱癌进展中的表观遗传调控机制，研究对对照组与HDAC2过表达细胞进行了ATAC-seq分析。结果显示，与对照组相比，HDAC2过表达组的染色质可及性整体升高，并且在转录起始位点区域观察到尤为明显的增强。通过整合转录组测序中上调的表达基因与ATAC-seq分析中上调的峰相关基因，鉴定到三个重叠基因：FHAD1、GRIK2与CNTNAP2，并优先聚焦于GRIK2；一系列研究证实，HDAC2过表达通过增加染色质可及性，导致下游GRIK2的转录上调，从而促进肿瘤发生相关功能。

图4 HDAC2过表达会改变膀胱癌中染色质可及性与转录组

HDACs被广泛认为参与蛋白质翻译后修饰，然而，其在调控膀胱癌中组蛋白/非组蛋白的全局乙酰化/乳酸化方面功能尚不明确。研究在细胞中分别过表达了I类HDACs（HDAC1/2/3/8），蛋白质印迹分析显示强制表达任一HDAC均降低全局乙酰化与乳酸化水平；其中，HDAC2对降低整体乳酸化水平的效果最为显著，而对全局乙酰化的影响相对较小，这表明HDAC2可能在膀胱癌中发挥去乳酸化酶的功能。研究进一步分析HDAC2对常见组蛋白乳酸化位点的影响，发现HDAC2过表达降低了H3K9la、H3K14la、H3K18la、H4K5la、H4K8la位点的修饰水平，对H4K12la和H4K16la影响较小。

图5 膀胱癌细胞系中I类HDACs赖氨酸乙酰化与乳酸化的体外筛选

为深入探究HDAC2在膀胱癌中对赖氨酸乙酰化与乳酸化修饰模式的独特调控机制，研究采用高效液相色谱-串联质谱技术对空载体对照组与HDAC2过表达组细胞进行乙酰化与乳酸化修饰分析，共鉴定到6,588个乙酰化修饰位点与1,434个乳酸化修饰位点，对应2,302个乙酰化蛋白与753个乳酸化蛋白。

尽管鉴定到的差异乙酰化与乳酸化蛋白分布广泛，但绝大多数富集于细胞核与细胞质中；这一发现提示，HDAC2可能通过调控核蛋白与胞质蛋白的动态修饰发挥关键生物学功能。进一步分析揭示，HDAC2同时改变67个乙酰化蛋白与9个乳酸化蛋白的翻译后修饰水平及蛋白表达量，这些蛋白可能成为HDAC2依赖性调控通路中的关键下游效应分子。

图6 通过质谱技术对人膀胱移行细胞癌（UM-UC-3）细胞的全局赖氨酸乙酰化与乳酸化进行鉴定

功能分析表明，HDAC2调控的差异修饰蛋白参与代谢、基因组稳定性维持、细胞稳态、蛋白质及RNA加工过程，并涉及多条经典癌症特征通路；差异乙酰化与乳酸化蛋白表现出特异性的功能偏向性，提示HDAC2可能通过对特定下游蛋白的动态赖氨酸乙酰化与乳酸化修饰，参与不同的生物学过程。研究依据修饰倍数变化将每组修饰蛋白划分为四个亚组，其中修饰变化在1.5-2.0倍的蛋白组变化幅度显著高于其他组别，且各亚组的功能分析揭示了群体特异性的富集模式。HDAC2在膀胱癌中对赖氨酸乙酰化与乳酸化存在差异化调控，可能通过对关键蛋白特异性修饰的调控在肿瘤发生与发展过程中发挥不同作用。

图7 HDAC2调控的差异赖氨酸乙酰化与乳酸化的功能富集分析

研究随后对空载体对照组与HDAC2过表达组细胞之间的赖氨酸乙酰化与乳酸化位点进行比较分析，发现这两种修饰之间的重叠率极低，提示其对膀胱癌发病机制具有独立贡献。研究通过交叉分析明确了仅发生乳酸化重构而未伴随乙酰化变化的蛋白质与赖氨酸位点图谱，共鉴定到137个蛋白质与139个乳酸化位点，它们专门受HDAC2驱动的乳酸化动态变化调控。这些HDAC2靶向的赖氨酸乳酸化蛋白与位点在剪接体通路中表现出显著富集，提示HDAC2可能在调控剪接体相关蛋白的赖氨酸乳酸化修饰中发挥作用。

图8 UM-UC-3细胞中由HDAC2调控的赖氨酸乙酰化与乳酸化修饰差异分析

DHX15（DEAH-box RNA解旋酶家族）被确定为在HDAC2过表达时乳酸化水平下调最显著的蛋白。乳酸化修饰组学分析鉴定到DHX15上的K17为乳酸化修饰位点，而乙酰化修饰组学未鉴定到该位点的乙酰化。研究在细胞中过表达DHX15野生型（WT）和突变型（K17R）质粒，一系列实验结果提示，HDAC2介导的DHX15-K17位点去乳酸化修饰削弱了其肿瘤抑制功能，至少部分地通过调控可变剪接并下调成熟RPL9转录本的水平，驱动膀胱癌进展。

图9 HDAC2介导的DHX15-K17酶解作用可促进膀胱癌发展

综上，本研究系统阐明了HDAC2通过提高染色质可及性以增强GRIK2的转录，从而促进膀胱癌恶性进展及化疗抵抗的作用机制；联合乙酰化修饰组与乳酸化修饰组分析进一步揭示，HDAC2可通过介导剪接体通路相关蛋白质的去乳酸化修饰，调控膀胱癌的恶性进展进程。

参考文献

Xu G, Liang S, Hu G, et al. HDAC2 as a therapeutic target in bladder cancer: insights into the altered epigenetic regulation and lysine lactylation. J Exp Clin Cancer Res. Published online December 17, 2025. doi:10.1186/s13046-025-03610-5

供稿：周湘哲

编辑：市场部