MTA2是促进包括肝癌在内的多种恶性肿瘤演进的重要分子,但对其分子机制的研究并不深入。通过对癌症基因组图谱(TCGA)中肝细胞癌数据的挖掘,发现MTA2在肝细胞癌中显著高表达,且MTA2的高表达与肝细胞癌患者较短的总生存期和无病生存期相关,同时MTA2表达量随着肝细胞癌的恶性演进而升高。利用生物信息学分析和体内外实验验证,发现MTA2能够促进肝细胞癌干细胞形成,这与已报道的其参与Nu RD转录抑制复合体,促进肿瘤上皮-间充质转变(EMT)和增殖等经典的分子机制有所不同。进一步的数据分析与生化实验研究发现,与干性较弱的CD133~-肝癌细胞不同,在干性强的CD133~+肝癌细胞中,MTA2招募了CHD4和HDAC2形成不完整的Nu RD复合体,并在转录过程中诱导R-Loop的形成。在基因开放阅读框内形成的R-Loop会使基因转录暂停。利用高通量测序和生物信息学分析,发现在开放阅读框内同时存在MTA2和R-Loop调控信号的基因中,与肝细胞癌的预后关系最为密切的是BDH1。BDH1是酮体代谢过程中的关键酶,控制酮体β-羟基丁酸与乙酰乙酸的转变。β-羟基丁酸是哺乳动物中最主要的酮体,在饥饿状态下能够被需要能量的组织吸收,转化为能量。同时β-羟基丁酸也是一种与饥饿有关的信号分子,能够通过β-羟基丁酰化(β-Hydroxybutyrylation,Kbhb)修饰蛋白质来调控基因的表达。BDH1的减少使得底物βHB累积,进而使冗余的βHB通过对一些蛋白的赖氨酸残基进行β-羟基丁酰化修饰,特别是组蛋白H3K9的β-羟基丁酰化(H3K9bhb),带来了干细胞形成和肝细胞癌演进相关基因的染色质开放的瀑布效应。利用340例临床肝细胞癌标本的免疫染色和原位邻位连接成像,进一步验证了MTA2诱导的R-Loop、Kbhb以及H3K9bhb与肝细胞癌演进及预后存在关联性,是潜在的HCC的预后标志物和药物靶点。本文揭示了R-Loop、酮体代谢和酰化修饰在MTA2促进肝细胞癌干细胞形成过程中的重要作用,进一步证实了肿瘤的演进与微环境及代谢之间密不可分的联系。