Ldha-KO 基因敲除小鼠

Ldha，即乳酸脱氢酶A，是一种在细胞中广泛表达的酶，负责将丙酮酸转化为乳酸，是糖酵解过程中的关键步骤。Ldha在维持细胞能量代谢、调节细胞内pH值以及影响细胞生长和分化等方面发挥着重要作用。近年来，研究发现Ldha还参与了表观遗传调控，特别是通过乳酸介导的组蛋白乳酸化修饰，影响基因表达和多种生物学过程。

在骨形成过程中，成骨细胞倾向于通过有氧糖酵解将葡萄糖代谢为乳酸。研究发现，Ldha的表达、细胞内乳酸水平和组蛋白乳酸化水平在成骨分化过程中逐渐增加。Ldha的敲低会损害矿化节结的形成和碱性磷酸酶活性。RNA测序和后续验证实验表明，Ldha敲低细胞的JunB表达下调。机制研究表明，Ldha敲低降低了JunB启动子上组蛋白乳酸化标记的富集，而外源性乳酸处理可以挽救这一效应。这一研究揭示了乳酸在成骨分化过程中的非经典功能[1]。

在胰腺导管腺癌（PDAC）中，代谢重编程和表观遗传改变共同促进了肿瘤的侵袭性。乳酸依赖性组蛋白修饰是一种新型的组蛋白标记，将糖酵解代谢物与组蛋白乳酸化过程联系起来。研究发现，PDAC中的组蛋白乳酸化水平升高，并且与患者总体生存率相关。通过糖酵解抑制剂或Ldha敲低抑制组蛋白乳酸化，可以减缓PDAC的生长和进展。研究发现，E1A结合蛋白p300和组蛋白去乙酰化酶2分别是PDAC细胞中组蛋白乳酸化的潜在写入者和擦除者。组蛋白乳酸化，特别是H3K18la水平在PDAC中升高，高水平H3K18la与不良预后相关。通过抑制糖酵解活性或Ldha敲低，可以增强PDAC的抗肿瘤作用。此外，TTK和P300/BUB1B可以增强糖酵解，而TTK还可以磷酸化LDHA并激活LDHA，进而上调乳酸和H3K18la水平。糖酵解-H3K18la-TTK/BUB1B正反馈回路加剧了PDAC的功能障碍。这些发现揭示了乳酸代谢重编程和表观遗传调控之间的重要相互作用，为PDAC治疗提供了新的思路[2]。

骨关节炎（OA）是一种全球性的关节疾病，导致身体疼痛、僵硬甚至残疾。研究发现，OA中组蛋白H3赖氨酸18乳酸化（H3K18la）水平升高。糖酵解是OA进展过程中常见的代谢改变。研究发现，LPS诱导的OA细胞模型中糖酵解增强，表现为葡萄糖消耗增加和乳酸产生增加。进一步研究发现，Ldha的敲低可以抑制LPS诱导的软骨细胞糖酵解。动物实验表明，Ldha的敲除可以恢复OA小鼠的软骨损伤。机制研究表明，Ldha介导的H3K18la在TPI1启动子上增强了TPI1的转录活性。K69位点的突变被发现可以改善LPS诱导的OA细胞模型中的糖酵解。这些研究揭示了Ldha介导的H3K18la在OA进展中的重要作用[3]。

核仁和纺锤体相关蛋白1（NUSAP1）是一种微管相关蛋白，已知参与癌症生物学。研究发现，NUSAP1在PDAC进展中发挥重要作用，并且与PDAC的转移相关。NUSAP1可以结合c-Myc和HIF-1α形成转录调控复合物，定位于LDHA启动子区域并增强其表达。有趣的是，乳酸可以通过抑制NUSAP1蛋白降解来上调NUSAP1表达，从而形成NUSAP1-LDHA-糖酵解-乳酸正反馈回路。NUSAP1-LDHA-糖酵解-乳酸正反馈回路是解释PDAC转移和糖酵解代谢潜力的潜在机制之一，也为理解癌症中的Warburg效应提供了新的见解。靶向NUSAP1可能成为PDAC治疗的一种有吸引力的方法[4]。

在不明原因的复发性自然流产（URSA）中，滋养层细胞的异常增殖、侵袭和凋亡可能导致多种妊娠相关并发症。研究发现，Ldha在URSA患者的绒毛膜中显著降低。Ldha敲低导致HTR-8/SVneo细胞周期停滞在G0/G1期并增加凋亡，而Ldha过表达则逆转了这些效应。RNA测序和Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes分析表明，PI3K/AKT信号通路可能受到Ldha下游基因的影响。特别是，研究发现，Ldha敲低降低了PI3K、AKT和FOXO1的磷酸化水平，导致CyclinD1显著下调。此外，用AKT抑制剂或FOXO1抑制剂处理也验证了PI3K/AKT/FOXO1信号通路影响滋养层中CyclinD1的基因表达。因此，这项研究揭示了一个新的Ldha/PI3K/AKT/FOXO1/CyclinD1调节滋养层细胞周期和增殖的通路[5]。

综上所述，Ldha在多种生物学过程中发挥着重要作用，包括骨形成、肿瘤发生、骨关节炎、复发性自然流产等。Ldha不仅参与维持细胞能量代谢，还通过乳酸介导的组蛋白乳酸化修饰影响基因表达和多种生物学过程。Ldha的研究为深入理解表观遗传调控和疾病发生机制提供了新的思路，并为疾病的治疗和预防提供了新的策略。