2026年2月3日，南京大学庄君龙、郭宏骞及刁文丽共同通讯在Cell Reports在线发表题为“Delactylation of the tumor suppressor ARHGDIB drives metastasis and chemoresistance in bladder cancer”的研究论文。
一、研究背景与临床挑战
膀胱癌是全球第十大常见恶性肿瘤，在男性中的发病率和死亡率分别位居第六和第九位。临床上，膀胱癌分为非肌层浸润性膀胱癌（NMIBC）和肌层浸润性膀胱癌（MIBC）。对于MIBC和晚期患者，以顺铂（cisplatin）为基础的化疗是主要治疗手段，然而超过半数患者会出现先天或获得性耐药，导致治疗失败。肿瘤转移和化疗耐药成为膀胱癌临床治疗的两大核心难题，亟待阐明其分子机制并开发新的治疗策略。
近年来，代谢重编程与表观遗传调控的交叉研究为理解肿瘤恶性进展提供了新视角。乳酸作为瓦博格效应（Warburg effect）的终产物，不仅参与能量代谢，更通过一种新型蛋白质翻译后修饰——乳酸化（lactylation，Kla）调控基因表达和细胞功能。2019年科学家首次报道组蛋白乳酸化修饰后，乳酸化研究在肿瘤领域迅速展开。然而，现有研究多聚焦于致癌蛋白的乳酸化如何促进肿瘤发生，而对肿瘤抑制蛋白乳酸化修饰的功能及其在化疗耐药中的作用知之甚少。这种认知空白促使研究团队探索：在膀胱癌中，肿瘤抑制蛋白的乳酸化状态是否发生改变？这种改变又如何影响肿瘤进展和治疗反应？
二、研究设计与技术路线
来自南京大学医学院附属鼓楼医院等机构的研究团队采用了多层次、系统性的研究策略，整合了从分子机制到临床转化的完整证据链：
1. 组学层面的全景分析
研究团队首先对5对膀胱癌及癌旁组织进行了整合性乳酸化修饰组学（lactylome）和蛋白质组学分析，构建了首个膀胱癌乳酸化修饰图谱。通过高分辨率质谱技术，共鉴定到6,475个乳酸化位点，对应2,238个乳酸化蛋白，其中1,857个位点在肿瘤组织中显著上调。通路富集分析表明，差异乳酸化蛋白广泛参与基因调控、基因组稳定性维持等生物学过程。
2. 靶点筛选与验证
在筛选差异乳酸化蛋白时，经典的肿瘤转移抑制因子ARHGDIB（Rho GDP dissociation inhibitor β）引起了研究人员的注意。质谱分析鉴定出ARHGDIB存在K30、K47和K50三个潜在的乳酸化位点，其中K47和K50在物种间高度保守。研究团队通过点突变（K→R模拟去乳酸化）、免疫共沉淀（Co-IP）和体外乳酸化实验，证实K47和K50是ARHGDIB的确切乳酸化位点，并成功制备了特异性识别ARHGDIB-K50乳酸化（ARHGDIB-K50lac）的抗体，为后续功能研究奠定了基础。
3. 修饰酶鉴定
为阐明ARHGDIB乳酸化的动态调控机制，研究团队进行了系统的酶学筛选：
- 乳酸转移酶（writer）：发现组蛋白乙酰转移酶P300（而非其同源物CBP）是ARHGDIB的乳酸转移酶，能促进其乳酸化
- 去乳酸化酶（eraser）：鉴定II类组蛋白去乙酰化酶HDAC2为ARHGDIB的特异性去乳酸化酶，其过表达会降低ARHGDIB的乳酸化水平，且这一作用依赖于其酶活性（H142A突变体失效）
临床样本分析显示，HDAC2在肿瘤组织中高表达，且与肿瘤分期进展、淋巴结转移及不良预后正相关，而ARHGDIB-K50lac水平则呈现相反的趋势，两者表达呈负相关。
4. 分子机制解析
研究团队综合运用多种技术阐明乳酸化修饰影响ARHGDIB功能的分子机制：
- 分子对接模拟：预测乳酸化对ARHGDIB蛋白构象和电荷分布的影响
- GST pull-down与免疫荧光：验证ARHGDIB与Rac1的直接相互作用
- 亚细胞分离与G-LISA：检测Rac1的膜转位和活化状态
5. 体内外功能实验
- 体外实验：Transwell迁移/侵袭实验、伤口愈合实验、CCK-8细胞活力检测、克隆形成实验、流式细胞术检测凋亡、免疫荧光检测DNA损伤标志物（γ-H2AX、RAD51、53BP1 foci）
- 体内实验：裸鼠皮下移植瘤模型评估肿瘤生长，腘窝淋巴结转移模型评估转移能力
6. 临床转化研究
- 患者来源类器官（PDO）模型：验证药物联用疗效
- 临床组织样本队列：84例患者组织芯片（TMA）分析，评估ARHGDIB-K50lac与化疗反应及预后的关系
- 药物干预：使用HDAC抑制剂Entinostat（恩替诺特）阻断ARHGDIB去乳酸化，评估其与顺铂的协同效应
三、核心发现与分子机制
1. ARHGDIB：被乳酸化修饰"保护"的肿瘤抑制因子
ARHGDIB（又称D4或Ly-GDI）是Rho GTP酶解离抑制因子家族成员，经典功能是结合并滞留小G蛋白Rac1于胞质，阻止其易位至细胞膜活化，从而抑制细胞迁移和侵袭。本研究发现，ARHGDIB在K47和K50位点的乳酸化修饰是其发挥肿瘤抑制功能的关键"开关"。
乳酸化增强ARHGDIB的抑癌活性：当ARHGDIB处于乳酸化状态时，其与Rac1的结合亲和力显著增强，有效抑制Rac1活化，进而抑制肿瘤转移并增强顺铂敏感性。相反，去乳酸化（delactylation）则削弱ARHGDIB与Rac1的结合，导致Rac1易位至细胞膜，GTP结合增加（Rac1-GTP水平升高），从而激活下游促癌信号。
2. 去乳酸化驱动的恶性表型
功能实验表明，在ARHGDIB敲除的膀胱癌细胞中：
- 回补野生型ARHGDIB（WT）：可抑制细胞迁移和侵袭，增强顺铂敏感性
- 回补去乳酸化突变体（K47R, K50R）：逆转了抑制效应，显著促进细胞迁移、侵袭能力，并诱导明显的顺铂耐药性，但对细胞增殖无显著影响
在裸鼠腘窝淋巴结转移模型中，K47R和K50R突变体显著增强了膀胱癌细胞的淋巴结转移能力，证实了去乳酸化在体内的促转移作用。
3. 化疗耐药的新机制：Rac1-MRN-ATM-CHK2轴激活
研究揭示了去乳酸化诱导顺铂耐药的详细分子通路：
- DNA损伤修复（DDR）增强：去乳酸化通过激活Rac1，进而增强DNA损伤修复能力，包括同源重组（HR）和非同源末端连接（NHEJ）修复通路
- 具体标志物变化：γ-H2AX（DNA双链断裂标志物）foci减少，RAD51（HR关键蛋白）和53BP1（NHEJ相关蛋白）foci增加，ATM-CHK1/CHK2信号通路活化
- 正反馈环路：顺铂处理本身会诱导HDAC2与ARHGDIB结合增加，促进其去乳酸化，形成化疗诱导耐药的自我强化机制
使用Rac1特异性抑制剂MBQ-167能够逆转由ARHGDIB去乳酸化所诱导的顺铂耐药，证实了Rac1在该通路中的核心作用。
4. 临床相关性验证
临床队列分析发现：
- 新辅助化疗（NAC）耐药患者：肿瘤组织中HDAC2表达更高，ARHGDIB-K50lac水平更低
- 化疗后动态变化：HDAC2上调而ARHGDIB-K50lac下调，提示化疗压力选择并富集了去乳酸化表型的细胞
- 预后相关性：低ARHGDIB-K50乳酸化水平与不良预后显著相关，是独立的预后不良因素
四、治疗策略创新与临床转化
1. HDAC抑制剂与顺铂的协同治疗
基于"去乳酸化驱动耐药"的机制，研究团队提出了靶向乳酸化动态平衡的治疗新策略。使用I类HDAC抑制剂Entinostat（恩替诺特）阻断ARHGDIB去乳酸化，能够有效维持ARHGDIB的肿瘤抑制功能，从而：
- 抑制Rac1活化，阻断转移
- 削弱DNA损伤修复能力，恢复顺铂敏感性
在膀胱癌异种移植模型和患者来源类器官（PDO）模型中，Entinostat与顺铂联用显示出显著的协同抗肿瘤效应，为晚期膀胱癌的治疗提供了有前景的联合治疗方案。
2. 生物标志物开发
ARHGDIB-K50乳酸化水平可作为：
- 化疗敏感性预测标志物：低乳酸化水平提示顺铂耐药风险
- 预后评估指标：低水平与肿瘤转移和不良预后相关
- 治疗反应监测指标：动态监测可评估化疗效果
五、科学意义与学术价值
1. 拓展乳酸化修饰研究范式
本研究首次将乳酸化修饰研究从组蛋白和致癌蛋白拓展至肿瘤抑制蛋白，揭示了"去修饰失活"（delactylation-mediated inactivation）这一新调控模式。这提示我们，蛋白质修饰的动态平衡（而非单纯修饰水平）才是决定蛋白功能的关键。
2. 代谢-表观遗传-信号转导的整合
研究建立了完整的信号轴：乳酸代谢→ARHGDIB乳酸化状态→Rac1活化→DNA损伤修复→化疗耐药。这种从代谢重编程到DNA修复的跨层级调控，体现了肿瘤细胞通过代谢-表观遗传协同适应治疗压力的进化策略。
3. 为精准医疗提供新靶点
HDAC2-ARHGDIB-Rac1轴为膀胱癌的精准干预提供了多个可药靶点：
- HDAC2抑制剂：维持ARHGDIB乳酸化，恢复抑癌功能
- Rac1抑制剂：阻断下游信号，克服耐药
- 乳酸代谢干预：间接调控修饰水平
六、研究局限与未来方向
尽管该研究提供了详实的机制证据，仍有若干问题值得深入探索：
- 时空动态性：ARHGDIB乳酸化在肿瘤微环境中的空间异质性如何？不同转移阶段是否存在修饰水平的动态演变？
- 修饰酶调控网络：P300和HDAC2如何被招募至ARHGDIB？是否存在其他修饰酶参与精细调控？
- 其他底物：HDAC2在膀胱癌中是否调控其他关键蛋白的去乳酸化？其全局去乳酸化组（delactylome）特征如何？
- 耐药克隆进化：去乳酸化是否是化疗压力下肿瘤细胞适应性进化的早期事件？可否通过干预该过程预防耐药发生？
七、结论
南京大学团队的这项研究通过系统的乳酸化修饰组学分析，首次描绘了膀胱癌蛋白质乳酸化修饰的全局图谱，并深入揭示了肿瘤抑制蛋白ARHGDIB去乳酸化在驱动膀胱癌转移和化疗耐药中的核心作用。研究发现，HDAC2介导的ARHGDIB去乳酸化通过削弱其与Rac1的结合，导致Rac1活化并易位至膜上，进而通过Rac1-MRN-ATM-CHK2轴增强DNA损伤修复能力，最终促进肿瘤转移并导致顺铂耐药。
该研究的重要意义在于：
1. 理论创新：拓展了对非组蛋白乳酸化功能，特别是肿瘤抑制蛋白乳酸化功能的认识，提出了"修饰保护抑癌活性"的新概念
2. 临床转化：证实靶向ARHGDIB乳酸化动态平衡可克服化疗耐药，为Entinostat等HDAC抑制剂的临床应用提供了新适应证和生物标志物
3. 研究范式：展示了从组学发现→机制解析→靶点验证→临床转化的完整研究链条，为肿瘤修饰组学研究提供了范例
在膀胱癌治疗领域，这项研究不仅解释了"为何部分患者对顺铂治疗无效"这一临床难题，更为"如何让耐药患者重新敏感"提供了切实可行的解决方案。随着HDAC抑制剂等靶向药物的研发深入，基于乳酸化修饰调控的精准治疗策略有望在未来改善膀胱癌患者的预后，为这一常见恶性肿瘤的治疗带来新的曙光。
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