热点六 乳酸在DNA修复和化疗耐药中的关键作用-2025届高考三轮冲刺生物学高频命题热点练习（含解析）

热点六 乳酸在DNA修复和化疗耐药中的关键作用 【命题热点】 肿瘤细胞的一个显著特征是在有氧条件下，它们更倾向于通过无氧糖酵解方式来代谢葡萄糖，而非选择效率更高的线粒体氧化磷酸化途径。这一现象，被称为Warburg效应，由Otto Warburg在1923年首次提出，并在1931年因此获得诺贝尔奖。然而，关于肿瘤为何选择糖酵解代谢以及其背后的生物学功能，科学家们至今仍知之甚少。历经百年的研究，这一现象背后的机制仍然是一个未解之谜。 Warburg效应的一个直接后果是乳酸在癌细胞内的积累。尽管乳酸在癌症代谢中的角色已经引起了广泛关注，但其具体作用，特别是在DNA修复和化疗耐药方面的影响，尚不完全清晰。 近日，中山大学附属第七医院的何裕隆和张常华教授团队，联合中山大学孙逸仙纪念医院及英国癌症研究院，在《自然》杂志上发表了新研究成果。他们揭示了乳酸通过NBS1蛋白的乳酸化修饰在DNA修复和化疗耐药中的关键作用，为癌症治疗提供了新的策略和靶点。 研究团队综合运用蛋白质组学和代谢组学方法，深入探讨了新辅助化疗敏感与耐药胃癌肿瘤组织的差异。他们发现，耐药肿瘤组织中糖酵解通路呈现显著上调趋势，同时乳酸水平也明显升高。进一步在小鼠PDX模型和类器官模型中的实验显示，乳酸能够削弱化疗的抗肿瘤效果，即促进荷瘤小鼠的化疗耐药，从而揭示了乳酸在肿瘤耐药形成中的关键作用。 随后，研究团队深入探究了乳酸影响肿瘤耐药的分子机制。他们发现，乳酸能够显著增强DNA同源重组修复（HRR）的能力。在化疗导致DNA损伤后，肿瘤细胞通过乳酸的快速修复受损DNA，进而降低治疗效果，导致耐药性的产生。 为了进一步揭示乳酸化修饰在其中的作用，研究团队又探讨了乳酸是否通过影响NBS1蛋白的乳酸化修饰来促进肿瘤细胞对化疗的耐药性。他们发现，在化疗耐药肿瘤细胞系及患者肿瘤组织样本中，乳酸化修饰的水平显著上升。这一发现进一步证实了乳酸化修饰在肿瘤耐药中的重要作用。 为了深入探索其中的分子机制，研究团队采用了4D-无标记乳酸化修饰蛋白质组学分析方法，成功筛选出乳酸化修饰的底物蛋白———NBS1。NBS1基因与Nijmegen断裂综合征相关，其突变会导致染色质不稳定等特征。研究发现，NBS1蛋白与MRE11和RAD50蛋白共同形成MRE11-RAD50-NBS1（MRN）复合物，在DNA复制和双链断裂修复中发挥关键作用。同时，研究还发现NBS1蛋白存在乳酸化修饰，且在耐药的肿瘤细胞系中该修饰显著上调。进一步的研究表明，乳酸能够增强NBS1蛋白的乳酸化修饰。通过乳酸化修饰质谱和免疫共沉淀等实验技术，研究团队成功鉴定并验证了NBS1蛋白上的乳酸化修饰位点位于第388位赖氨酸上。 并开发了特异性抗体用于检测这一修饰。通过Co-IP质谱实验，发现乙酰基转移酶TIP60蛋白与NBS1蛋白存在相互作用。进一步实验验证，TIP60被确定为NBS1的乳酸化酶，即通过直接与NBS1相互作用，对其进行乳酸化修饰。而且，在乳酸和顺铂处理下，TIP60的这一作用显著增强。另一方面，组蛋白去乙酰化酶HDAC3被确定为NBS1的去乳酸化酶，通过与NBS1的相互作用去除其乳酸化修饰，从而抑制其乳酸化水平。这一发现通过基因编辑和体外实验得到进一步证实，揭示了乳酸化修饰的动态调控机制。 研究人员还深入探讨了NBS1 K388乳酸化在DNA损伤修复中的潜在作用。研究发现，K388乳酸化修饰对于NBS1在DNA损伤修复中的功能发挥至关重要。具体而言，乳酸促进肿瘤耐药的过程依赖于NBS1蛋白K388位点的乳酸化修饰。经过K388乳酸化修饰的NBS1蛋白能够更有效地招募和组装MRN复合体，并促进HRR蛋白在DNA双链断裂部位的募集，从而导致放化疗抵抗。 进一步的分子机制实验揭示，乳酸化修饰对于NBS1蛋白与MRE11的相互作用至关重要。K388乳酸化修饰位点位于NBS1与MRE11的接触面，其修饰会改变N ... ...