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2026年3月5日，滨州医学院Yujie Wang、杜光廉、张瑾锦为共同第一作者，Songzi Zhang、宋晓冬教授、吕长俊教授为共同通讯作者，在《Cellular and Molecular Life Sciences》期刊发表题为“Mitochondrial PDHA1 acetylation orchestrates lactate-dependent epigenetic reprogramming to promote fibrosis via NUAK2”的科研成果。该研究通过染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq）等分析揭示了一种新型PDHA1 K83ac-H4K12la-NUAK2通路通过整合代谢和表观遗传信号以促进纤维化，表明靶向PDHA1去乙酰化及抑制NUAK2在肺纤维化的治疗策略上具有一定的重要价值。易基因科技为本研究提供ChIP-seq技术服务，助力揭示线粒体PDHA1乙酰化通过NUAK2调控乳酸依赖性表观遗传重编程以促进肺纤维化。

具体而言，研究发现，在肺纤维化环境中，存在线粒体去乙酰化酶SIRT3表达下调及丙酮酸脱氢酶E1α亚基（PDHA1）在K83位点发生病理性高乙酰化（K83ac），进一步研究发现这一修饰通过抑制PDH酶活性，介导细胞代谢向糖酵解重编程，进而导致乳酸积累，之后，累积的乳酸进入细胞核作为底物促进组蛋白乳酸化修饰H4K12la有趣的是，H4K12la进一步激活促纤维化基因NUAK2位点的超级增强子（SE），从而显著上调NUAK2表达，最终促进肌成纤维细胞活化和纤维化进程。该研究系统阐明了从线粒体代谢缺失（PDHA1 K83ac）到核内表观遗传重编程（H4K12la-SE）再到下游效应基因（NUAK2）激活的完整信号通路，为IPF治疗提供新潜在靶点。

英文标题：Mitochondrial PDHA1 acetylation orchestrates lactate-dependent epigenetic reprogramming to promote fibrosis via NUAK2

中文标题：线粒体PDHA1乙酰化通过NUAK2调控乳酸依赖性表观遗传重编程以促进肺纤维化

发表时间：2026年3月5日

发表期刊：Cellular and Molecular Life Sciences

影响因子：IF6.2/Q1

技术平台：ChIP-seq、CUT&Tag等

作者单位：滨州医学院

DOI:10.1007/s00018-026-06166-5

特发性肺纤维化（IPF）是一种进展快且具致命性的肺部疾病，目前临床有效治疗方法缺乏。尽管已发现代谢重编程与IPF相关，但线粒体代谢功能障碍与表观遗传驱动的纤维化发生的精确机制仍不明确。本研究鉴定出一条聚焦于线粒体酶PDHA1的致病通路，在纤维化模型中，去乙酰化酶sirtuin3（SIRT3）下调会导致PDHA1在Lys-83位点发生高乙酰化。该修饰抑制丙酮酸脱氢酶（PDH）活性，导致代谢转向糖酵解并增加乳酸生成。乳酸又作为组蛋白H4在K12（H4K12la）乳酸化前体，通过激活NUAK2位点超级增强子（SE）显著增强NUAK2表达，此外，NUAK2的遗传和药理抑制实验均证实其在驱动肌成纤维细胞激活和纤维化进展中的作用。更为关键的是，NUAK2敲低可逆转PDHA1 K83乙酰化（K83ac）的促纤维化效应。本研究结果揭示了一条新型PDHA1 K83ac-H4K12la-NUAK2通路，该通路整合代谢和表观遗传信号促进纤维化，表明靶向PDHA1去乙酰化并抑制NUAK2可能是有前景的治疗策略。

图形摘要

易小结

本研究从系统生物学的角度，巧妙揭示了细胞代谢状态如何通过翻译后修饰直接调控表观基因组，从而驱动疾病表型，未来研究可拓展到其他纤维化疾病乃至癌症研究。

本研究通过ChIP-seq（易基因金牌技术）绘制了全基因组范围的H4K12la饰图谱，并与超级增强子（H3K27ac CUT&Tag）图谱进行整合分析，从海量数据中挖掘具有功能指向性的关键靶标，为深入解析复杂疾病分子机制的提供关键方法。

研究方法

1、样本及模型

—   人胚肺成纤维细胞MRC-5，模拟纤维化激活

—   诱导的小鼠肺纤维化模型

（2）分子与生化实验

—   LC-MS/MS：分析纤维化肺组织与对照组的蛋白乙酰化谱，鉴定出PDHA1 K83为关键高乙酰化位点。

—   Western Blot、免疫荧光、Co-IP、qRT-PCR： 验证蛋白表达、修饰、互作及基因表达变化。

—   酶活与代谢物检测：ELISA检测PDH活性和乳酸水平。

（3）表观遗传学与功能基因组学核心分析：

—   H4K12la ChIP-seq：在全基因组范围绘制对照组与TGF-β1刺激纤维化细胞中H4K12la的分布图谱，鉴定纤维化相关的H4K12la获得性区域。

—   H3K27ac CUT&Tag/ChIP-seq：绘制活跃增强子/超级增强子图谱。H3K27ac是活跃增强子标志，通过与H4K12la图谱整合，鉴定共定位区域。

—   超级增强子鉴定：对H3K27ac信号进行排序，鉴定出经典增强子和超级增强子区域。

—   ChIP-qPCR：靶向NUAK2位点特定区域（如SE和启动子），验证H4K12la和H3K27ac富集情况。

—   CRISPR-dCas9-KRAB表观沉默：靶向NUAK2超级增强子中H4K12la富集区域，利用dCas9-KRAB进行靶向抑制，验证该区域对NUAK2转录的功能必要性。

（4）功能获得与丢失实验

—   构建PDHA1野生型（WT）、乙酰化模拟突变体（K83Q）和乙酰化缺陷突变体（K83R），以及NUAK2的过表达和敲低载体，在细胞中验证其功能。

关键结果

（1）乙酰化蛋白质组学分析揭示肺纤维化中PDHA1 K83位点高乙酰化

通过对BLM诱导的纤维化小鼠肺组织进行乙酰化蛋白质组学（LC-MS/MS）分析（图1A），研究团队发现纤维化肺组织存在特异性乙酰化修饰谱（图1B-C）。火山图分析显示，PDHA1乙酰化是纤维化中最显著上调修饰之一（图1D）。KEGG和GO富集分析表明，差异乙酰化蛋白富集于丙酮酸代谢和TCA循环通路（图1E-F）。

进一步位点分析发现，PDHA1的K77、K83、K313、K321四个赖氨酸位点中，仅K83位点乙酰化在纤维化组织中显著增加（图1G）。该位点在多个物种中高度保守，质谱谱图也确认PDHA1 K83ac存在（图1H-I）。

图1：肺纤维化小鼠肺组织的乙酰化蛋白质组学分析

（2）PDHA1 K83ac介导的乳酸生成促进组蛋白H4K12乳酸化

研究团队探究了PDHA1 K83ac介导的乳酸积累是否导致表观遗传变化。首先观察到，在纤维化模型中，全局组蛋白乳酸化水平显著增加，其中H4K12la的上调最为显著和一致（图2A-C）。PDHA1乙酰化水平直接调控H4K12la：在 TGF-β1刺激下，过表达K83Q进一步增强H4K12la，而过表达WT或K83R则抑制其水平（图2D）。在PDHA1敲低细胞中进行的回补实验同样证实，K83Q会加剧H4K12la上调，而WT或K83R则能逆转这一趋势（图2E）。免疫荧光实验进一步证实了PDHA1 K83ac对核内H4K12la水平的调控作用（图2F-G）。上述研究结果证明了从PDHA1 K83ac到乳酸积累，再到组蛋白H4K12乳酸化的直接联系。

图2：PDHA1 K83ac介导的乳酸产生促进组蛋白H4K12乳酸化

（3）整合多组学分析鉴定NUAK2为肺纤维化中H4K12la驱动的超级增强子靶标

为阐明H4K12la如何调控纤维化转录，研究对TGF-β1处理前后的成纤维细胞进行了H4K12la ChIP-seq。结果显示，纤维化细胞中获得大量H4K12la信号peaks，这些peaks主要富集于启动子和内含子区，且相关基因富集于纤维化相关通路（图3A-C）。鉴于H4K12la在调控区的富集，研究假设其可能通过影响超级增强子发挥作用。为此，研究团队通过H3K27ac CUT&Tag/ChIP-seq鉴定超级增强子（SE），发现纤维化细胞中SE相关基因从205个增加到889个（图3D-E）。整合H4K12la图谱和SE图谱数据，研究团队筛选出51个共定位的高置信度候选基因，并通过生物学相关性及重叠peaks鉴定出关键靶标NUAK2。IGV基因组浏览器视图显示，NUAK2位点存在一个纤维化特异的超级增强子，且该区域内的H4K12la信号在纤维化细胞中显著增加1.9倍（图3F-G），暗示 H4K12la 可能通过作用于该超级增强子来调控NUAK2。

ChIP-seq基于全基因组将代谢来源的组蛋白修饰（H4K12la）与转录调控元件超级增强子（SE）动态关联起来，从而精准锁定下游关键效应分子NUAK2。

图3：综合多组学分析鉴定NUAK2为H4K12la驱动的超级增强子靶标

(A) 对照组与纤维化细胞中H4K12la信号的热图。

(B) H4K12la peaks在不同基因区域的基因组分布。

(C) 与获得的H4K12la peaks相关基因的GO分析。

(D) 柱状图显示通过ROSE算法在对照组和纤维化细胞中鉴定出的与超级增强子（SE）相关基因的数量。

(E) 对照组和纤维化样本中所有染色体上SE信号的整体热图。

(F) NUAK2基因组位点（chr1:205,284,224–205,319,633）的IGV图显示由H3K27ac标记的纤维化特异性超级增强子。

(G) 同一NUAK2区域（chr1:205,308,448–205,309,028）的IGV图显示纤维化细胞中H4K12la信号较对照组增加1.9倍。

（4）乳酸依赖性H4K12la激活超级增强子以加剧NUAK2驱动的纤维化发生

研究团队进一步验证了乳酸-H4K12la-SE轴对NUAK2的调控。验证实验表明，TGF-β1刺激后NUAK2mRNA和蛋白表达显著上调（图7A）。利用超级增强子功能抑制剂JQ1处理后，可剂量依赖性地降低NUAK2表达（图7B-C），证实NUAK2受超级增强子（SE）调控。直接补充乳酸模拟高乳酸环境，能够剂量依赖性地增加NUAK2表达及H4K12la水平（图7D-E），而使用糖酵解抑制剂2-DG降低乳酸量，则抑制NUAK2和H4K12la表达（图7F-G）。

ChIP-qPCR分析证实，在纤维化细胞中，NUAK2超级增强子区域的H3K27ac和H4K12la富集均显著增加（图7H-I）。靶向NUAK2启动子区的ChIP-qPCR也显示H4K12la在NUAK2启动子区域显著富集（图7J）。最关键的是，利用CRISPR-dCas9-KRAB系统靶向抑制NUAK2超级增强子中的H4K12la富集区域，结果导致NUAK2mRNA表达显著降低（图7K），证明该区域对维持NUAK2高转录至关重要。此外，外源补充乳酸处理能进一步增强NUAK2超级增强子上的H4K12la和H3K27ac富集，而2-DG处理则显著减少这些活性标记的富集（图7L-N）。这些结果完整阐述了"乳酸→H4K12la→激活NUAK2超级增强子（伴随H3K27ac增加）→促进NUAK2转录"的调控轴，即乳酸通过H4K12la激活超级增强子，是驱动NUAK2高表达的关键机制。

图4：乳酸依赖性H4K12la激活超级增强子以加剧NUAK2驱动的纤维化发生

结论和启示

本研究系统阐明了全新“SIRT3下调→PDHA1 K83高乙酰化→乳酸积累→H4K12la介导的NUAK2超级增强子激活→肺纤维化发展”的代谢-表观遗传信号通路在肺纤维化中的关键作用。本研究明确指出，线粒体特定乙酰化事件能够通过改变代谢物（乳酸）丰度，进而触发细胞核内的表观重编程，最终驱动疾病进程。这一发现不仅深化了对IPF发病机制的理解，揭示了线粒体代谢与细胞核内基因表达调控的紧密联系，也为开发靶向PDHA1去乙酰化或NUAK2抑制的新型疗法提供了坚实的理论依据和实验支持。

ChIP-seq在本研究中的重要作用

本研究通过整合H4K12la ChIP-seq与H3K27ac CUT&Tag数据，成功地从众多乳酸化修饰位点中聚焦到 H4K12la，并将其与超级增强子动态变化联系起来，为后续深入的功能验证提供了明确方向。因此，ChIP-seq是连接“代谢信号”（乳酸）与“表观遗传编码”（H4K12la）、“转录调控”（超级增强子）和“基因出核”（NUAK2）的核心技术桥梁，是解析此类复杂通路的重要工具。

参考文献：Wang Y, Du G, Zhang J, Zhai N, Liu W, Cao G, Li H, Liu B, Yang H, Lv C, Song X, Zhang S. Mitochondrial PDHA1 acetylation orchestrates lactate-dependent epigenetic reprogramming to promote fibrosis via NUAK2. Cell Mol Life Sci. 2026 Mar 5. doi: 10.1007/s00018-026-06166-5.