11月19日，复旦大学附属妇产科医院黄荷凤院士团队联合杨红波、刘欣研究员团队，在国际知名期刊Signal Transduction and Targeted Therapy（STTT，IF=52.7）发表题为“Pyruvate kinase M2-mediated histone lactylation alters three-dimensional genomic architecture in polycystic ovary syndrome”的重磅研究成果。该研究首次揭示了丙酮酸激酶M2（PKM2）核易位后通过调控组蛋白乳酰化、重塑基因组三维结构，驱动多囊卵巢综合征（polycystic ovary syndrome，PCOS）发生的分子机制，为PCOS的精准治疗提供了全新靶点。

多囊卵巢综合征（PCOS）是育龄期女性高发的内分泌代谢疾病，以高雄激素血症、排卵障碍和多囊卵巢形态为核心特征，是导致女性不孕的主要原因之一。以往研究表明，代谢紊乱与表观遗传调控异常参与PCOS发生发展，但其具体的分子机制仍不明确。因此，解析代谢-表观遗传调控轴在PCOS中的作用，寻找潜在治疗靶点，已成为该领域亟待突破的关键科学问题。

为探究糖酵解酶与PCOS的相关性，研究团队对PCOS患者与对照组颗粒细胞（granulocyte，GCs）进行蛋白质组学分析（图1a）。结果显示，共鉴定出430个差异表达蛋白，其中代谢过程在显著富集的通路中位居前列（图1b）；关键糖酵解酶核丙酮酸激酶M2（PKM2）在PCOS患者GCs中显著上调，且在女性生殖组织中特异性高表达（图1c、d）。

进一步通过孟德尔随机化（MR）分析发现，遗传预测的PKM2水平升高与PCOS风险存在显著因果关联（OR=1.35, 95% CI 1.07–1.71）（图1f、g），且敏感性分析支持该结果的稳健性（图1h、i）。以上结果表明，PKM2是驱动PCOS发病的核心候选因子。

为进一步证实PKM2在PCOS发病机制中的重要作用，研究团队收集了更多患者的GCs以确认其功能。qPCR结果显示，相较于对照组GCs，PCOS患者GCs中PKM2水平更高（图2a、b），表明PKM2上调与PCOS密切相关。糖酵解通常发生在细胞质中，但已有研究表明，糖酵解上调导致PKM2在细胞核中积累，影响组蛋白修饰。基于此，研究团队检测了PCOS患者和对照组GC细胞中PKM2在细胞核和细胞质中的分布，结果发现两组细胞质中PKM2水平相似，而PCOS患者GCs核PKM2水平显著增加（图2c-e）。

鉴于高雄激素血症是PCOS的主要特征之一，研究团队假设高雄激素参与PKM2的核转位。为验证这一假设，研究团队用二氢睾酮（DHT）处理KGN细胞（一种人卵巢颗粒细胞系），结果发现，细胞核中PKM2水平显著增加（图2f）。

在先前的研究中，ERK被证明在Ser37位点磷酸化PKM2，促进其与importin α5结合并随后转位至细胞核。研究团队对此做进一步探究，结果发现，ERK1/2特异性抑制剂PD98059抑制了PKM2的核定位（图2g-i）。总之，这些发现表明PCOS GCs中核PKM2水平显著增加，并提示PKM2通过ERK1/2信号通路转位到细胞核。以上结果表明，PCOS患者GCs中核PKM2水平显著增加，并提示PKM2可通过ERK1/2信号通路转位至细胞核。

为研究PKM2上调对PCOS发生发展是否具有关键作用，研究团队将Rosa26-loxP-Stop-loxP-Pkm2-tdTomato（R26-LSL-Pkm2-tdTomato）小鼠与AMH-Cre小鼠进行交配，获得了在卵巢GCs中特异性过表达Pkm2的小鼠（图3a）。结果表明，该小鼠出现典型PCOS样特征：动情周期紊乱（图3d、e），血清睾酮和抗穆勒管激素（AMH）水平显著升高，生育率下降（图3f-h）；此外，H&E染色结果显示，与对照组小鼠相比，GCs特异性过表达Pkm2的小鼠黄体数量减少，小卵泡数量增多（图3i）。Whole-Mount荧光和免疫染色显示，tdTomato表达主要定位于卵巢GCs，卵巢GCs中特异性过表达Pkm2小鼠卵巢中含有大量小卵泡，表明该小鼠排卵障碍（图3j、k）。

研究发现，核PKM2过表达显著增加细胞核内乳酸浓度，且高雄激素PCOS患者血浆与卵泡液中乳酸水平明显升高（图4a、4b）。进一步CUT&Tag分析显示，核PKM2使组蛋白H3的K9、K18及K27位点乳酸化修饰全局性增强，超过70%的组蛋白乳酸化差异峰在核PKM2细胞中上调（图4k），并与PKM2基因组结合位点高度重叠。这种表观遗传重塑导致266个基因显著上调，其中包括雄激素合成关键基因CYP17A1、CYP11A1以及PCOS相关基因WNT4、PADI3等（图4i），这些基因主要富集于激素代谢与胆固醇生物合成通路（图4j）。此外，研究团队观察到组蛋白乳酰化会诱导基因组抑制区域转为活跃状态，CTCF结合减少并增加染色质环数量。上述结果表明，PKM2的核积累、染色质结合增强、H3K9la修饰增强以及CTCF结合减少共同促进nPKM2细胞染色质状态更活跃，导致染色质构象的全局变化，进而促进与PCOS相关基因的表达。

为探索核PKM2通过组蛋白乳酸化对基因组三维结构的调控机制，研究团队使用Hi-C技术分析了核PKM2过表达细胞与PKM2敲除细胞的染色质构象（图5a）。结果显示，核PKM2导致基因组中7.05%的区域发生B型区室向A型区室的转换，伴随组蛋白乳酸化信号在转换区域显著增强（图5b、c），表明染色质状态更趋活跃。在拓扑相关结构域（TAD）层面，核PKM2结合使TAD边界绝缘评分降低、CTCF结合减少，引发TAD融合事件（图5d-h）。染色质环分析显示，核PKM2使染色质环总数显著增加（2567 vs 1315），且环锚定点富集组蛋白乳酸化信号（图5i-j）。值得注意的是，雄激素合成关键基因CYP17A1形成新的染色质环，使其启动子与410 kb外的增强子区域相互作用，导致该基因表达上调49倍（图5k）。以上结果表明，核PKM2通过组蛋白乳酸化重塑基因组三维结构，促进PCOS相关基因表达。

为探索其治疗潜力，研究团队使用TEPP-46（PKM2核转运抑制剂）处理脱氢表雄酮（DHEA）诱导的PCOS小鼠模型（DHEA诱导可导致睾酮水平升高）（图6a）。结果显示，TEPP-46处理后囊状卵泡和黄体数量与野生型小鼠相似（图6b），小鼠卵巢颗粒细胞的PKM2水平显著降低（图6c），动情周期正常节律恢复（图6d、e），血清睾酮水平降低并生育率得到改善（图6f、g）。同时，对卵巢GCs进行RNA-seq进行分析，结果显示，PCOS样小鼠中前300个上调基因被TEPP-46治疗抑制，产生的转录谱与WT小鼠相似（图6h），进一步qPCR验证，在TEPP-46处理的小鼠卵巢GCs中，PCOS相关基因如Pkm2、Wnt4、Klhl30、Avpi1、Padi3、Cyp11a1和Cyp17a1下调至WT小鼠水平（图6j），即TEPP-46可抑制PCOS相关基因的异常表达。以上结果表明，靶向PKM2核转运是治疗PCOS的有效策略。

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