蛋白质乙酰化在消化系统肿瘤中的作用及机制研究进展

孟祥云 苏丽娅

摘要：蛋白质乙酰化是许多细胞生理和病理过程中广泛存在的关键角色，是蛋白质翻译后修饰（Post-Translational Modification，PTM）中最重要的修饰之一。在以往的研究中，人们发现蛋白质乙酰化参与人体各个系统的调控作用，它不仅可以参与調节蛋白质的稳态、转录活性、调节代谢，还在基因转录、自噬等方面都发挥着举足轻重的作用。本文对蛋白质乙酰化、蛋白质乙酰化的生物学意义进行概述、回顾和探讨，并阐述其在消化道肿瘤中的作用及机制，以期为相关研究提供可行的指导。

关键词：消化道肿瘤；翻译后修饰；乙酰化；代谢；自噬

蛋白质的翻译后修饰（Post-Translational Modifica tion，PTM）是所有生命活动的主要调控机制。PTMs赋予修饰后的蛋白质新的性质，包括酶活性的变化、亚细胞定位、蛋白质稳定性及DNA结合等。蛋白质的PTMs方式极其多样，目前已确定的翻译后修饰方式超过400种，以磷酸化、泛素化、甲基化、乙酰化等较为常见，大多与神经系统、内分泌系统、心血管系统、免疫系统以及肿瘤的发生发展等诸多系统疾病密切相关。作为一种重要的翻译后修饰，蛋白质乙酰化参与着几乎所有的生物学过程，如转录、应激反应、新陈代谢以及蛋白合成与降解等。本文将阐述蛋白质乙酰化的背景、分类、功能以及与消化道肿瘤之间的关系，以期为研究消化道肿瘤的靶向治疗提供可行的思路。

1蛋白质乙酰化及相关概念

蛋白质功能的精确调控，对于调节机体多样化的生命活动至关重要。蛋白质乙酰化是指乙酰转移酶（Lysine Acetyltransferase，KAT）将乙酰基转运到蛋白质氨基酸残基上的过程。根据乙酰化位点的不同，存在3种主要形式：N-端乙酰化（Nα-乙酰化或N-ter乙酰化）、赖氨酸乙酰化（Nε-乙酰化或K-乙酰化＜KAc＞）和O-乙酰化。

N-端乙酰化是由Kozo Narita在1958年发现的一种不可逆的修饰，发生在蛋白质骨架的α-氨基或蛋氨酸裂解后的第二个氨基酸。N-端乙酰化的生物学功能尚不完全清楚，但其参与调节蛋白质降解、稳定性、蛋白-膜/蛋白-蛋白相互作用以及抑制内质网易位等。此外，N-端乙酰化还与多种病理过程有关，包括肿瘤发展和神经退行性疾病等。

赖氨酸乙酰化在底物赖氨酸残基的侧链上加入了乙酰基，这一过程是可逆的。赖氨酸乙酰转移酶（KATs）和赖氨酸去乙酰化酶（KDAC）调节KAc修饰水平。KATs将乙酰基从乙酰辅酶a转移到蛋白质中特定赖氨酸残基的ε -氨基上，同时乙酰化也可以被KDACs逆转。乙酰基的加入可以中和赖氨酸残基的正电荷，从而改变修饰后氨基酸的大小及蛋白质的局部疏水性。这一机制使得KAc成为细胞信号转导和代谢中最重要的PTM。

O -乙酰化是一种可逆的修饰，在丝氨酸或苏氨酸的羟基侧链上加入乙酰基，只在少数真核生物中被检测到。初步报道的O-乙酰化表明，这种类型的PTM在感染鼠疫耶尔森菌后调节生物信号通路（如丝裂原活化蛋白激酶＜MAPKs＞）中发挥重要作用。组蛋白H3的丝氨酸和苏氨酸的O-乙酰化已被证实从酵母到人类高度保守。然而，发生O-乙酰化是相对罕见的。

2组蛋白与非组蛋白乙酰化修饰研究进展

1964年，Vincent Allfrey等报道了组蛋白乙酰化的鉴定，并深入地提出了组蛋白乙酰化修饰在转录调控中的调控作用。随后，组蛋白乙酰化转移酶（HATs）、a组蛋白去乙酰化酶（HDACs）和乙酰- lys结合蛋白被鉴定为转录调控蛋白。近年发现的HATs主要有300/CBP、GNAT、MYST、P160、PCAF、TAFII230家族。在高等真核生物中，HDACs根据其与酵母原酶序列的同源性，可分为4类：I类HDACs，包括HDAC1、2、3、8；II类HDACs由HDAC4、5、6、7、9、10组成；III类HDACs，也称为Sirtuins，由SIRT1-7组成；IV类HDACs，包括HDAC11[1]。一般来说，组蛋白乙酰化与转录升高相关，而组蛋白去乙酰化往往与基因抑制相关。以往的报道表明，组蛋白乙酰化与肿瘤发生密切相关，并能影响肿瘤细胞的某些生物学过程，包括增殖、凋亡、转移和干细胞。

除了组蛋白，在进化上不同的生物中，数以万计的非组蛋白也发生了乙酰化。1997年，Gu团队在人肿瘤抑制因子p53上首次发现了乙酰化修饰参与非组蛋白的转录调控。随后，基于乙酰化肽段的免疫亲和纯化和液相色谱-串联质谱的乙酰化蛋白质组技术不断发展，大量非组蛋白赖氨酸乙酰化修饰被发现，它们参与了转录因子、核相关蛋白、激素受体、细胞代谢相关蛋白、癌症相关蛋白等相关的乙酰化修饰。

3蛋白质乙酰化的功能

蛋白质乙酰化是基因转录的主要调节因子[2]。大多数规范的KATs定位于细胞核，并作为转录协同激活因子发挥作用。研究表明，大多数组蛋白乙酰化都依赖于转录，这种依赖性的部分原因是RNA聚合酶II（RNAPII）对H4组蛋白乙酰化转移酶（HATs）与基因相互作用的要求。乙酰化调节转录后，参与RNA加工的各个步骤，包括mRNA前剪接和聚腺苷化，以及聚腺苷化mRNA降解等。有研究学者发现，U2 snRNPs的一个重要组成部分PHF5A，它可以在K29位点发生乙酰化，以应对多种细胞应激，这主要依赖于p300。PHF5A乙酰化增强U2 snRNPs之间的相互作用，影响Pro-mRNA的整体剪接模式和广泛的基因表达[3]。PHF5A高乙酰化诱导的选择性剪接可稳定KDM3A mRNA，并促进其蛋白表达，通过PHF5A的乙酰化促进癌细胞抵抗应激的能力，从而有助于肿瘤的发生。活性氧（ROS）在细胞中不断产生，过多的活性氧会导致氧化应激。ROS与Hippo通路的调节有关。数据报道，氧化应激- CBP调节轴控制MOB1-K11（MOB1是Hippo通路中的共激活因子，属于MOB家族）。乙酰化并激活LATS1，从而激活Hippo通路，抑制YAP/TAZ核易位和肿瘤进展[4]。PTMs被认为是氧化应激-炎症-老化三位一体之间的联系。组蛋白乙酰化可以调节生物氧化应激反应，从而影响机体老化。

4乙酰化修饰与消化道肿瘤

4.1 胃癌

表观遗传过程的研究强调组蛋白乙酰化在癌症发展中的意义，主要受HATs和HDACs的调控。在各种癌症中，HDAC的改变导致HDAC抑制剂（HDACis）的产生。在GC小鼠模型中发现，HDACis具有抑制细胞增殖、诱导细胞凋亡和抑制肿瘤生长的作用。不同的研究表明，其中一些还与细胞周期阻滞、迁移抑制、转移形成和肿瘤抑制基因表达有关[5]。

为了确定在GC中可能存在受组蛋白乙酰化调节的新基因，研究者通过微阵列分析比较未处理和曲古霉素A（TSA）处理的GC细胞株，发现在鉴定的上调基因中，BMP8B mRNA和组蛋白乙酰化在配对的GC和非肿瘤样本中被定量[6]。胃癌组织中，BMP8B mRNA的表达较癌旁非肿瘤标本减少。BMP8B mRNA的减少和乙酰化H4K16水平在低分化的GC中呈正相关。由此证明，BMP8B在GC中可能是一个受H4K16乙酰化调控的肿瘤抑制基因，特别是在低分化肿瘤中。

4.2 食管癌

HMGA2乙酰化可增强与靶基因的结合，抑制其泛素化和蛋白酶体降解，导致HMGA2积累，也可以促进食管鳞状细胞癌的生长[7]。Survivin基因是一种存在于多种恶性肿瘤中的独立标记物，且在恶性肿瘤中呈现过表达状态，可抑制肿瘤细胞的凋亡、促进细胞增殖和肿瘤血管生成。NU9056（乙酰基转移酶抑制剂）可能通过抑制乙酰基转移酶KAT5的表达，下调食管癌EC109细胞中Survivin的乙酰化水平，进一步抑制肿瘤增殖通路中的相关蛋白表达，从而抑制食管癌细胞增殖、侵袭和迁移能力。

此外，国内学者通过一系列实验发现，在食管鳞癌（ESCC）细胞质中，Fascin（肌动蛋白结合蛋白）与PCAF（乙酰转移酶P300/ cbp相关因子）直接相互作用，并被PCAF定位在赖氨酸471（K471）位点发生乙酰化，通过破坏肌动蛋白的捆绑活性，减少丝状基的形成[8]。在功能上，Fascin-K471乙酰化可显著抑制体外ESCC细胞迁移和体内肿瘤转移，而Fascin-K471去乙酰化则显示出强大的致癌功能。此外，Fascin-K471乙酰化降低了ESCC细胞丝状足的长度和密度，缩短细胞的寿命，而去乙酰化则会产生相反的效果。临床上，食管鳞癌组织中高水平的AcK471-Fascin与延长食管鳞癌患者的总生存期和无病生存期密切相关。

4.3 胰腺癌

乙酰辅酶a（Acetyl-Coa）是一种中枢代谢产物，作为赖氨酸乙酰化的乙酰基供体，在生物合成过程中发挥重要作用，其具有脂肪酸、胆固醇的生物合成以及信号转导功能。国外研究发现，KRAS突变的腺泡细胞中乙酰辅酶a的丰度升高，并且乙酰辅酶a在甲瓦酸途径中的使用支持腺泡-导管化生（ADM）。胰腺特异性缺失产生乙酰辅酶a的ATP -柠檬酸裂解酶（ACLY），会相应地抑制ADM和肿瘤的形成。在胰腺肿瘤细胞中，生长因子促进AKT-ACLY信号转导和组蛋白乙酰化，同时抑制BET和他汀类药物治疗，从而抑制细胞增殖和肿瘤生长。因此，KRAS驱动的代谢改变可促进腺泡细胞的可塑性和肿瘤的发展，并针对乙酰辅酶a依赖过程发挥抗癌作用。支链氨基酸转氨酶2（Branched-Chain Amino Acid Transaminase 2，BCAT2）是BCAA分解代谢中的一种重要酶。BCAT2在赖氨酸44（K44）位点上发生了乙酰化，BCAT2的K44乙酰化通过泛素-蛋白酶体途径促进其降解，导致BCAA分解代谢降低。CBP和SIRT4分别是BCAT2的乙酰转移酶和去乙酰化酶。CBP和SIRT4结合BCAT2，根据BCAA的有效性，可实现对K44乙酰化水平的控制。K44R突变体不仅能够促进BCAA分解代谢、细胞增殖，还能影响胰腺肿瘤的生长。

5结束语

随着新技术的不断发展，人类对蛋白质翻译后修饰的不断研究及鉴定，为医学发展提供了大量的便利与帮助。蛋白质乙酰化的快速发展正在为表观遗传学的探索寻找新的目标，同时为肿瘤的靶向治疗带来新的发展方向，并为医学研究领域迈进新的一步奠定基础。

参考文献

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[7]单怡茹，田福华.组蛋白乙酰化在消化系统肿瘤中的研究进展[J].中国医药科学，2020，10（24）：65-67.

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