在微观的细胞世界里，一场神秘的 “修饰” 盛宴正在悄然上演！细胞时刻感知周围环境和内部代谢物的变化，以决定自身的命运，比如增殖、分化或应对压力。这其中，代谢物与染色质修饰发挥着关键作用。

近期发表于Molecular Cell（IF=14.5）杂志的综述文章“Metabolism-driven chromatin dynamics: Molecular principles and technological advances”，聚焦于代谢物参与的染色质修饰，系统阐述了代谢驱动的染色质动态变化。

01、代谢物如何影响染色质？

染色质修饰需要特定的代谢物作为“原料”或“调控因子”。提供修饰原料的代谢物包括乳酸、乙酸、丙酸、丁酸等，可以作为组蛋白修饰的直接底物。前体代谢物如葡萄糖、谷氨酰胺、支链氨基酸等，它们通过一系列生化反应转化为修饰所需的物质。调控修饰酶活性的代谢物如α-酮戊二酸（αKG）能促进去甲基化，而2-羟基戊二酸（2HG）则会抑制去甲基化。

这些代谢物的浓度波动可能来源于细胞自身的代谢、血液循环、邻近细胞的分泌，或者疾病状态下的代谢重编程，如癌细胞中的Warburg效应导致乳酸积累。

图1 参与染色质修饰的相关代谢物及其来源

（图源：Sahu and Lu., Molecular Cell, 2025）

02、组蛋白酰基化：

代谢物与基因表达的桥梁

组蛋白酰基化是代谢物影响基因表达的重要方式之一。酰基化修饰可以通过乙酸、乳酸等代谢物结合在组蛋白上，从而改变染色质的结构，使基因更容易被“读”出来或被“关闭”。研究发现，糖酵解、三羧酸循环（TCA）和脂肪酸代谢都能提供酰基化修饰的底物。肠道菌群产生的短链脂肪酸（如丁酸、丙酸）也能影响染色质修饰。支链氨基酸的代谢水平与心脏疾病相关，其代谢产物能影响组蛋白的修饰状态。这些修饰如何影响基因表达？它们会改变染色质的“开放度”，从而决定某些基因是否能被转录。有些修饰促进基因表达，而有些修饰则可能抑制特定基因。

03

DNA甲基化与去甲基化：

调控基因“开关”

DNA的甲基化程度决定了基因是否处于“激活”状态。例如，S-腺苷甲硫氨酸（SAM）是甲基化的关键供体，而αKG等代谢物则影响去甲基化酶的活性。某些代谢异常会影响DNA的甲基化状态，从而与疾病相关。例如，癌细胞中，IDH1/2突变会导致2HG积累，抑制去甲基化酶的活性，使基因甲基化增加，最终影响肿瘤的进展。饮食中的甲硫氨酸、丝氨酸等营养物质也能影响DNA甲基化，体现了饮食与表观遗传的联系。

图2 代谢物参与的染色质修饰

（图源：Sahu and Lu., Molecular Cell, 2025）

04、代谢物与染色质的

“双向调控”

最新研究发现，代谢不仅影响染色质，染色质的修饰也能反过来影响代谢。例如：组蛋白去乙酰化可释放乙酰-CoA，影响细胞的代谢状态。代谢酶可进入细胞核，直接影响染色质修饰，如某些代谢酶还能催化组蛋白磷酸化。这些相互作用揭示了代谢与基因调控的紧密联系，为理解细胞如何适应环境变化提供了新思路。

05、代谢-染色质互作的

医学意义

由于染色质修饰和代谢异常是癌症、代谢疾病等多种疾病的特征，因此科学家们正在探索如何利用这一机制开发新疗法。例如，靶向代谢通路：通过药物调控代谢酶的活性，改变染色质修饰，进而影响基因表达。表观遗传药物：如组蛋白去乙酰化酶抑制剂（HDACi），已经被用于癌症治疗。饮食干预：通过调整营养摄入，影响代谢状态，进而调控基因表达。

06、拜谱小结

代谢物作为发生修饰的重要底物，在细胞命运调控中起着关键作用，将修饰组学与靶向代谢物检测结合起来进行研究，具有极大的潜力。拜谱生物，作为国内领先的多组学公司，可提供完善成熟的蛋白组学、修饰组学、代谢组学等多组学产品技术服务。围绕代谢物及其修饰，拜谱生物可提供“乳酸化修饰+乳酸靶向代谢”、“棕榈酰化修饰+棕榈酸靶向代谢”、“衣康酸化修饰+衣康酸靶向代谢”等修饰特色多组学解决方案。此外，拜谱生物聚焦新型修饰检测技术开发，成功开发了衣康酸化、血清素化修饰等新修饰组学产品服务，助力突破技术边界，探索更多修饰领域。欢迎咨询！

参考文献：

Sahu V, Lu C. Metabolism-driven chromatin dynamics: Molecular principles and technological advances. Mol Cell. 2025;85(2):262-275. doi:10.1016/j.molcel.2024.12.012