乳酸通过组蛋白乳酸化作用下调己糖激酶1（hexokinase 1），从而促进非小细胞肺癌的进展：一项孟德尔随机化研究

《Medicine & Science in Sports & Exercise》：Lactic acid promotes non-small cell lung cancer progression by down-regulating hexokinase 1 via histone lactylation: A Mendelian randomization study

　　非小细胞肺癌（NSCLC）中乳酸酸通过抑制Hexokinase 1（HK1）表达，经组蛋白乳酸化表观修饰促进癌变。采用孟德尔随机化（MR）方法分析GWAS数据，发现HK1表达每增加1个单位，NSCLC风险降低7%（IVW法OR=0.93, 95%CI 0.89-0.98, P<0.05），MR-Egger和异质性检验未发现显著多向性 pleiotropy。研究验证HK1在NSCLC代谢调控中的作用，但受限于欧洲人群数据及SNP数量不足。

　　本研究旨在探讨乳酸对非小细胞肺癌（NSCLC）的影响机制，特别是通过组蛋白乳酰化（histone lactylation）调控己糖激酶1（HK1）表达的潜在作用。HK1作为糖酵解途径中的关键酶，其表达水平在多种肿瘤中与恶性进展密切相关。近年来，越来越多的研究关注乳酸在肿瘤细胞中通过表观遗传修饰调控基因表达的作用，其中组蛋白乳酰化作为一种新型的表观遗传机制，被认为是影响HK1表达的重要因素之一。通过使用孟德尔随机化（Mendelian randomization, MR）方法，本研究试图从遗传学角度验证HK1与NSCLC之间的因果关系，并进一步探讨乳酸是否通过调控HK1表达而增加NSCLC的发病风险。

在研究设计中，数据来源于公开的全基因组关联研究（GWAS）数据库和芬兰基因组研究（FinnGen）队列。HK1相关数据来自一个包含3301名欧洲裔个体的GWAS，涉及10,534,735个单核苷酸多态性（SNP）。NSCLC相关数据来自FinnGen R9队列，涵盖4901名欧洲裔个体和287,137名健康对照者，包含18,707,596个SNP。研究者选取与HK1表达相关的SNP作为工具变量（instrumental variables, IVs），并采用多种MR分析方法，包括逆方差加权法（inverse-variance weighted, IVW）、MR-Egger、加权中位数法（weighted median）、简单模式法（simple mode）和加权模式法（weighted mode），以全面评估HK1对NSCLC风险的潜在影响。

研究结果显示，通过IVW方法，HK1的表达水平与NSCLC风险之间存在显著的负相关关系（比值比OR=0.93，95%置信区间CI=0.89–0.98，P<0.05）。这意味着，对于每增加一个单位的遗传预测HK1表达，NSCLC的发病风险降低约7%。这一结果表明，HK1可能在NSCLC的发病机制中起到一定的保护作用。此外，研究者还检测了水平多效性（horizontal pleiotropy）和方向性多效性（directional pleiotropy），MR-Egger方法的截距P值大于0.05，表明未检测到显著的多效性影响。敏感性分析中的“Leave-one-out”方法进一步验证了结果的稳健性，即当移除任何一个SNP后，整体的因果效应估计值未发生明显变化，这说明研究结果具有较强的可靠性。

从分子机制的角度来看，HK1在NSCLC中的作用主要体现在两个方面：一是调控糖酵解过程，二是影响肿瘤的恶性进展。糖酵解是肿瘤细胞获取能量的主要方式，尤其是在缺氧条件下，肿瘤细胞倾向于通过糖酵解途径产生能量，而非依赖线粒体氧化磷酸化。HK1作为糖酵解的限速酶，其表达水平直接决定了糖酵解的速率，进而影响肿瘤细胞的能量供应。已有研究表明，HK1的下调可能与肿瘤细胞的代谢状态变化有关，例如导致能量供应不足或代谢途径的改变，从而影响肿瘤细胞的生长和增殖能力。

另一方面，HK1的表达水平也与NSCLC的恶性行为密切相关。多项研究发现，HK1表达的降低与NSCLC细胞的迁移、侵袭能力和对化疗药物的耐药性增强有关。例如，某些研究指出，HK1表达水平较低的NSCLC细胞表现出更强的迁移和侵袭能力，并且对常规化疗药物的敏感性降低。这表明，HK1可能在维持肿瘤细胞的稳定性方面发挥重要作用，其下调可能促进肿瘤细胞的恶性转化。此外，HK1的表达还受到多种调控机制的影响，包括转录调控、翻译后修饰（posttranslational modifications, PTMs）以及表观遗传调控。其中，组蛋白乳酰化作为一种新兴的表观遗传修饰方式，被发现能够影响HK1的转录活性，从而改变其表达水平。

乳酸在肿瘤微环境（tumor microenvironment, TME）中扮演着重要角色。正常人体血清中的乳酸浓度通常在1.5至3 mmol/L之间，而在肿瘤患者体内，乳酸浓度可能显著升高，甚至在肿瘤组织中达到50 mmol/L。这种高浓度的乳酸不仅为肿瘤细胞提供能量，还通过多种机制促进肿瘤的生长和转移。例如，乳酸能够激活缺氧诱导因子-1α（HIF-1α），进而促进血管生成，增加肿瘤的供氧和营养供应，推动其快速增殖。此外，乳酸还可能通过影响免疫细胞的功能，抑制机体对肿瘤的免疫监视能力，从而促进肿瘤的免疫逃逸。

本研究进一步提出，乳酸可能通过组蛋白乳酰化调控HK1的表达，从而影响NSCLC的发病风险。组蛋白乳酰化是一种近年来被广泛研究的表观遗传修饰方式，它能够改变组蛋白的电荷状态，进而影响染色质结构和基因的转录活性。已有研究发现，乳酸能够对组蛋白上的赖氨酸残基进行乳酰化修饰，从而改变HK1的表达水平。例如，Zhang等人在2019年首次报道了乳酸诱导的组蛋白乳酰化现象，并发现这种修饰在多种癌症中普遍存在，且与肿瘤的恶性进展密切相关。因此，乳酸可能通过调控HK1的表达，影响NSCLC细胞的代谢状态和恶性行为，从而增加其发病风险。

本研究采用MR方法，其核心优势在于能够有效避免传统观察性研究中常见的混杂因素和反向因果关系偏倚。MR方法利用SNP作为工具变量，这些SNP在个体出生时随机分配，因此不受环境因素或反向因果关系的影响。通过将HK1表达水平与NSCLC风险进行关联分析，研究者能够更准确地推断出HK1对NSCLC的潜在因果作用。此外，MR方法还能够通过多种统计模型（如IVW、MR-Egger、加权中位数法等）进行交叉验证，以确保因果推断的可靠性。

尽管本研究的结果具有一定的科学价值，但研究者也明确指出了其局限性。首先，研究样本仅限于欧洲裔个体，这可能限制其结果在其他人群中的适用性。其次，由于对SNP的选择标准较为严格（P值<5e-05），符合条件的SNP数量有限，这可能导致部分因果效应被遗漏。此外，虽然MR-Egger和MR-PRESSO等方法检测到了较低的多效性影响，但仍然存在一定的多效性风险，特别是在未被充分研究的遗传变异中。最后，由于MR方法依赖于整合数据，而无法直接测量组蛋白乳酰化或乳酸水平，因此研究者无法提供直接的生物学证据来支持乳酸对HK1的调控作用。

综上所述，本研究通过MR方法揭示了HK1在NSCLC发病机制中的潜在保护作用，并提供了遗传学证据支持乳酸可能通过调控HK1表达增加NSCLC风险的假设。然而，研究结果仍需进一步验证，特别是在不同人群中的适用性以及乳酸与HK1之间具体的调控机制方面。未来的研究可以结合实验验证和临床数据，以更全面地理解乳酸在NSCLC中的作用，并探索其作为潜在治疗靶点的可能性。此外，扩大样本来源、优化SNP选择标准以及引入更先进的表观遗传学分析技术，也将有助于提高研究的准确性和可靠性。