蛋白质乳酸化修饰

蛋白质乳酸化修饰

蛋白质乳酸化修饰的发现

糖代谢是细胞能量代谢的主要途径，乳酸是糖酵解的产物，曾被认为是低氧条件下糖代谢的有害代谢废物。20世纪20年代，Warburg等观察到肿瘤细胞的有氧糖酵解，1972年将该现象命名为Warburg效应。该效应有利于肿瘤组织获得充足的能量，促进细胞增殖，减少氧化磷酸化产生的氧化应激。此后发现有氧糖酵解也存在于多种非肿瘤疾病中。研究发现，乳酸可在有氧条件生成和利用，作为线粒体呼吸的能源和糖异生的底物并参与脂质代谢调节，还可作为一种信号分子在细胞信号转导中发挥作用。2019年，Zhang等首 次在人和小鼠细胞中鉴定出乳酸化修饰位点，证实乳酸化修饰存在于核心组蛋白上，发挥着基因转录调控的作用。后续研究证实，细胞内广泛存在蛋白质乳酸化修饰，乳酸化修饰作为一种以乳酸为底物的新型表观遗传修饰，参与多种生命活动的调节，在炎性反应和癌症发生中发挥重要作用。

蛋白质乳酸化修饰过程与机制

葡萄糖经糖酵解产生L-乳酸和D-乳酸，L-乳酸合成乳酰基CoA，乳酰基经p300转移至赖氨酸乳酸化；D-乳酸产生途径中的乳酸谷 胱 甘 肽经非酶性酰基转移至赖氨酸乳酸化，从而在不同疾病中产生多种生理病理活动。

GLUT：葡萄糖转运蛋白；TCA：三羧酸；ATP：三磷酸腺苷。

蛋白质乳酸化修饰调控疾病的发生

组蛋白乳酸化修饰作为蛋白质赖氨酸位点的翻译后修饰，有直接调节蛋白质功能的作用，并将代谢与表观遗传学修饰紧密结合。组蛋白修饰的失调会改变基因转录激活和抑制的平衡，从而导致包括癌症在内的多种疾病的发生和发展。如，肾透明细胞癌、眼黑色素瘤、肝癌、大肠癌细胞、前列腺癌、肺腺癌和胃癌等。

肿瘤来源的乳酸通过组蛋白 H3 赖氨酸 18 乳酰化 （H3K18la） 促进结直肠癌中自噬增强蛋白 RUBCNL 的表达，从而促进对贝伐珠单抗治疗的耐药性。

乳酸水平的升高是多种恶性肿瘤的重要标志之一，蛋白质乳酸化通过转录调节，将表观基因组和代谢组密切联系。这不仅是组蛋白乳酸化改变蛋白质功能以传递蛋白质代谢信号，也是连接乳酸、肿瘤代谢和患者预后的必要枢纽。因此通过调节蛋白质乳酸化是肿瘤治疗的潜在途径。

脑梗塞（CI）后大脑血液循环受损，局部组织缺血缺氧导致神经元损伤。CI后，淋巴细胞胞浆蛋白1（LCP1）的乳酸化水平显著增强从而提高了LCP1的稳定性，进一步促进了CI的发展；抑制糖酵解可以降低LCP1的乳酸化水平使LCP1降解，进而缓解脑梗塞进展，为未来治疗 CI 提供了新视角。

大脑缺血-再灌注过程伴随着乳酸在大脑神经元中的大量积累，Ca2+超载也是引起缺血再灌注损伤的一个关键因素，研究发现 Ca2+信号通路关键蛋白发生乳酸化修饰后可影响线粒体功能，从而介导神经元死亡。缺血区酸中毒使神经元兴奋毒性增加，引发大脑中的炎症级联反应，由于乳酸可以通过组蛋白乳酸化修饰调节炎症相关基因的表达，因此调节组蛋白乳酸化修饰有可能是治疗新生儿缺血缺氧性脑病的新的治疗方向。

单核细胞在心肌梗死的早期阶段经历代谢重编程、糖代谢紊乱和 MCT1 介导的乳酸转运促进组蛋白乳酸化修饰，有利于修复环境并改善心肌梗死后的心脏功能。

乳酸化水平检测

免疫斑点实验和WB

乳酸化修饰的抗体已经很成熟，有检测全部乳酸化修饰的（pan-Kla)，也有检测特异性位点乳酸化修饰的抗体，例如anti-H3K18la， anti-H3K27la，H4K12la等。根据实验的精细程度，可以选择免疫斑点实验（左图）和WB实验（右图）。

免疫荧光染色实验

在免疫斑点实验的基础上，也可以用免疫组化或免疫荧光检测样本中乳酸化修饰。