近日，清华大学基础医学院李海涛团队与中山大学唐忠辉团队、中国医学科学院肿瘤医院王昕团队合作，在Cell Reports发表题为AF9-KLF2 gene regulatory circuit links histone lactylation to metabolic reprogramming and breast cancer progression的研究论文。该研究鉴定了AF9作为组蛋白H3K9乳酸化（H3K9la）阅读器的功能及其结构基础，提出AF9对乳酸化修饰的低亲和力识别并非结构缺陷，而是一种依赖高乳酸环境的阈值感知机制。研究进一步揭示，AF9通过与KLF2形成正反馈环路，并结合肿瘤代谢重编程，实现对乳酸化信号的持续放大，从而整合代谢调控、染色质调控、转录调控及肿瘤微环境塑造，共同促进管腔型乳腺癌进展。
研究团队系统筛选了3个已知酰基化修饰阅读器家族的12个蛋白，检测它们对组蛋白赖氨酸乳酸化修饰的结合能力，结果发现AF9的YEATS结构域对组蛋白乳酸化多肽表现出特异性结合。然而，等温滴定量热（ITC）结果显示，AF9与H3K9la多肽的结合亲和力比它与对应H3K9ac多肽的亲和力低了约16倍，这是一种显著的“弱相互作用”。值得注意的是，这种弱结合并非设计缺陷，而恰恰是一种精妙的“阈值调控机制”。在生理条件下，乳酸浓度较低，组蛋白乳酸化丰度有限，AF9与组蛋白乳酸化的弱相互作用不足以稳定启动下游转录程序；而在肿瘤微环境中，稳定的高乳酸浓度带来高丰度的H3K9la修饰，足以有效招募AF9。这种依赖高乳酸浓度的阈值效应，确保了AF9-H3K9la调控轴在病理场景中的特异性激活，从而排除正常生理环境中的非特异性干扰。
那么，低亲和力识别如何有效转化为强转录输出？答案是正反馈环路的放大效应。研究发现，AF9通过结合H3K9la激活转录因子KLF2的表达，而KLF2反过来结合AF9的启动子区域，形成自增强的正反馈回路。一旦回路启动，AF9和KLF2的表达水平急剧攀升，使细胞能够用蛋白“数量”的大幅度提升弥补单个分子结合“质量”的不足。在肿瘤发展进程的pseudotime分析中，KLF2与AF9的表达也表现出紧密的时序关联。进一步研究显示，AF9与H3K9la共同定位于多种代谢相关基因启动子区域，包括糖酵解相关基因HK2、HKDC1，以及葡萄糖和乳酸转运相关基因SLC2A1（GLUT1）和SLC16A1（MCT1），从而进一步提升细胞内乳酸水平。同时，AF9-H3K9la还促进TGFβ1表达，增强与肿瘤免疫逃逸相关的TGF-β信号通路。值得一提的是，在晶体结构指导下，团队设计了增强AF9 YEATS结构域对乳酸化识别而同时降低对乙酰化修饰识别的突变体，从而证明了在TGFβ1转录调控事件中，AF9对乳酸化的识别相对于乙酰化具有更主要的驱动作用。
图1：AF9-KLF2通过组蛋白乳酸化修饰调控形成促癌正反馈环路。
肿瘤的发展不仅取决于自身，还依赖于其与免疫微环境的“对话”。已有研究证明组蛋白乳酸化修饰可以促进相关巨噬细胞向M2免疫抑制表型极化【1】。本研究进一步结合单细胞转录组和空间转录组数据，发现一个精妙的“空间对话”模式：AF9高表达肿瘤细胞富集于肿瘤核心区域，它们表现出更强的TGF-β信号、E2F靶基因活性和上皮-间质转化特征。在空间上，这些细胞与M2样巨噬细胞紧密相邻，并且两者之间存在显著的TGF-β信号配体-受体互作。这暗示肿瘤细胞中的AF9-H3K9la-KLF2轴，不仅可以驱动自身恶性表型，还能通过向微环境中传递TGF-β等信号，辅助巨噬细胞转化为免疫抑制状态，从而构建一个有利于肿瘤生存和逃逸的微环境。
图2：AF9高表达肿瘤细胞与M2极化肿瘤相关巨噬细胞紧密相邻
近年，代谢物介导的蛋白修饰已然成为表观遗传调控领域新兴研究方向。从经典的乙酰化、琥珀酰化到新近发现的乳酸化修饰，打破了代谢物仅作为能量底物被动消耗的固有认知：各类小分子代谢物可直接参与染色质表观密码的编码，主动调控基因表达。该项研究不仅筛选并证实 AF9 是特异性识别组蛋白 H3K9 乳酸化（H3K9la）修饰的关键阅读器蛋白，更阐明了一套精巧的级联调控模式：AF9 与 KLF2 相互作用构建正向反馈环路，串联组蛋白乳酸化修饰、细胞代谢重编程与乳腺癌恶性演进全过程。揭示了乳酸代谢、组蛋白乳酰化、转录因子调控和肿瘤微环境之间的联系，为理解管腔型乳腺癌的代谢依赖性和免疫逃逸机制提供了新视角，也提示AF9-H3K9la/KLF2轴可能成为乳腺癌治疗的潜在干预靶点。
该调控机制革新了对代谢物功能的理解：代谢物不再局限于供给细胞能量，还可通过共价修饰在染色质层面留下表观印记，依托 “修饰-识别-信号”逐级放大的分子环路调控下游转录。由此形成的代谢重塑→表观修饰改写→靶基因转录异常调控闭环，在管腔型乳腺癌的发生发展中发挥关键性作用。
清华大学基础医学院已毕业博士生马慧达、中山大学医学院博士后袁铭和中国医学科学院肿瘤医院杨琛轩主治医师为论文共同第一作者。清华大学基础医学院李海涛教授、中山大学医学院唐忠辉教授和中国医学科学院肿瘤医院王昕教授为共同通讯作者。中山大学医学院博士后袁雨辰在空间转录组数据处理方面做出重要贡献。论文受到科技部重点研发计划、科技部重大专项、国家自然科学基金、北京市自然科学基金以及北京市医师科学家培养项目支持。
原文连接：
https://doi.org/10.1016/j.celrep.2026.117429
参考文献：
Zhang, D., Tang, Z., Huang, H., Zhou, G., Cui, C., Weng, Y., Liu, W., Kim, S., Lee, S., Perez-Neut, M., et al. (2019). Metabolic regulation of gene expression by histone lactylation. Nature 574, 575–580. https://doi.org/ 10.1038/s41586-019-1678-1
