综述：炎症性疾病中的蛋白质酰化修饰：从机制到治疗策略

《Cell Communication and Signaling》：Protein acylation in inflammatory diseases: from mechanisms to therapeutic strategies

本综述系统阐述了蛋白质酰化修饰（包括乙酰化（Kac）、乳酸化（Kla）、琥珀酰化（Ksucc）、丙酰化（Kpr）、巴豆酰化（Kcr）、丙二酰化（Kmal）、丁酰化（Kbu）、S-棕榈酰化（Spal）和豆蔻酰化）在炎症性疾病发病机制中的关键作用。文章揭示了由酰基转移酶（writers）、去酰化酶（erasers）和识别蛋白（readers）精密调控的酰化网络如何通过影响免疫细胞（如巨噬细胞、T细胞、树突状细胞）功能（极化、细胞因子产生、信号通路）和代谢重编程，驱动脓毒症、牙周炎、炎症性肠病（IBD）、动脉粥样硬化、类风湿关节炎（RA）等疾病进程。作者进一步探讨了靶向酰化相关酶（如HDAC抑制剂、BET抑制剂）及基于纳米颗粒的药物递送系统等新兴治疗策略，为炎症性疾病的诊断生物标志物发现和精准干预提供了新见解。

　　

引言

炎症是免疫系统为清除有害刺激并启动组织修复而协调的内部防御反应。然而，失控的急性或慢性炎症可能进展为炎症性疾病，其高发病率和难治性给患者带来了沉重负担。蛋白质翻译后修饰（PTMs）是蛋白质合成后发生的生化修饰，在连接细胞代谢、表观遗传调控和炎症反应中扮演着动态调节器的角色。其中，蛋白质酰化修饰作为PTMs的重要分支，近年来被证明在正常生理和病理条件下均发挥关键作用，并有望成为炎症性疾病的诊断生物标志物和治疗靶点。

蛋白质酰化的类型与特征

自1963年组蛋白乙酰化被发现以来，表观遗传学领域已扩展到包括十几种短链酰化修饰，如赖氨酸乙酰化（Kac）、丙酰化（Kpr）、丁酰化（Kbu）、巴豆酰化（Kcr）、琥珀酰化（Ksucc）、丙二酰化（Kmal）和乳酸化（Kla）。这些修饰既存在于组蛋白，也存在于非组蛋白。组蛋白酰化通过影响转录调控影响基因表达，而非组蛋白酰化则主要调控蛋白质功能。此外，长链脂肪酸酰化修饰，如豆蔻酰化和棕榈酰化，则分布于非组蛋白中。蛋白质酰化修饰主要由酶催化过程调控：酰基转移酶作为“书写者”（writers）负责将酰基从酰基辅酶A添加到氨基酸残基上；去酰化酶作为“擦除者”（erasers）控制酰基的移除；而能够识别酰化标记的蛋白质则被称为“阅读者”（readers）。内源性和外源性代谢物均可为蛋白质酰化提供酰基，这建立了表观遗传过程与代谢之间的紧密联系。

蛋白质酰化在免疫细胞功能中的作用

免疫细胞是炎症的积极参与者，其功能受到多种蛋白质酰化修饰的精密调控。

巨噬细胞

巨噬细胞在调节炎症和免疫反应中起关键作用，具有显著的可塑性。蛋白质酰化深刻影响其M1/M2极化及细胞因子表达。

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  乙酰化（Kac）：p300/CBP介导的p65和组蛋白H3K9乙酰化激活NF-κB，促进M1极化。Stat6的CBP介导乙酰化则抑制其转录活性，从而抑制M2极化。缺氧诱导的p300介导XBP1乙酰化以及受压巨噬细胞中组蛋白H3乙酰化则增强M2极化。NLRP3和α-微管蛋白的乙酰化对NLRP3炎症小体的完全激活至关重要。去乙酰化酶（HDACs）也参与调控，例如LPS刺激后HDACs 1-3活性增强，通过组蛋白去乙酰化沉默RGS10，增强炎症信号。HDAC2上调通过c-Jun启动子区组蛋白H3和H4去乙酰化降低c-Jun表达，促进IL-12等促炎因子表达。HDAC11负调控IL-10表达，而HDAC6正调控IL-10表达。SIRT1和SIRT2通过去乙酰化p65抑制NF-κB转录活性，而SIRT5则通过抑制SIRT2增强p65乙酰化，促进NF-κB激活。
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  乳酸化（Kla）：LPS和IFN-γ激活M1极化巨噬细胞后，组蛋白Kla水平升高，增强M2样基因表达。H3K18la诱导促进巨噬细胞修复基因（如Lrg1、Vegf-a、Il-10）表达。丙酮酸激酶M2（PKM2）的乳酸化通过抑制其从四聚体向二聚体转变，显著增强PKM2活性，促进促炎巨噬细胞向修复表型转变。
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  琥珀酰化（Ksucc）与丙二酰化（Kmal）：高琥珀酰化促进PKM2二聚化及核转位，降低其糖酵解酶活性但增强其蛋白激酶活性。谷氨酰胺抑制丙酮酸脱氢酶E1组分α（PDHA1）的去琥珀酰化，维持丙酮酸脱氢酶（PDH）活性，促进巨噬细胞M2极化。γ-氨基丁酸（GABA）通过下调琥珀酰辅酶A和线粒体琥珀酰化水平抑制M1巨噬细胞IL-1β产生。LPS驱动的甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH）丙二酰化增加GAPDH活性，促进IL-1β和IL-6产生，并确保TNFα的翻译。
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  S-棕榈酰化（Spal）：棕榈酰酰基转移酶ZDHHC5和ZDHHC7促进NLRP3棕榈酰化，激活NLRP3炎症小体。ZDHHC12也增强NLRP3棕榈酰化，但同时通过分子伴侣介导的自噬途径促进其降解，形成负反馈环路。GSDMD棕榈酰化增强其膜转位和结合，促进孔形成和细胞焦亡。棕榈酰化增强干扰素基因刺激物（STING）活性和IFN反应，而豆蔻酸通过ADP-核糖基化因子1的N-豆蔻酰化促进STING的自噬降解。

T细胞

T细胞是适应性免疫的关键组成部分，其分化、激活和功能受到多种酰化修饰的调控。

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  乙酰化（Kac）：乙酰转移酶CBP和p300对T细胞分化和激活至关重要。它们通过乙酰化NFAT、Runx1和NF-κB等转录因子促进Foxp3+调节性T细胞（Treg）的转录活性。乙酰化还通过损害Foxp3的多聚泛素化和蛋白酶体降解来增强其表达水平。p300参与辅助性T细胞（Th）分化，通过乙酰化视黄酸相关孤儿受体γt（RORγt）促进Th17细胞分化。p300还能促进Th2细胞因子基因的转录激活。乙酰转移酶GCN5通过乙酰化组蛋白H3K9增强IL-2表达，促进Th1和Th17细胞分化。去乙酰化酶HDAC1通过下调miR-124增强IRF1表达，促进CD4+ T细胞活化。HDAC1和HDAC2共同阻碍CD4+ T细胞中CD8+效应基因的表达，维持CD4+谱系完整性。HDAC3通过去乙酰化T细胞受体信号调节因子和表面受体，抑制CD8+ T细胞向细胞毒性效应细胞分化。HDAC6介导的STAT4去乙酰化损害STAT4-Y693磷酸化和核转位，从而抑制Th1细胞分化。SIRT1/2介导的RORγt去乙酰化增强IL-17转录和Th17细胞分化。多数HDACs可正或负调控Foxp3+ Treg细胞的分化和功能。
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  巴豆酰化（Kcr）与乳酸化（Kla）：T细胞内人类免疫缺陷病毒（HIV）长末端重复区的组蛋白巴豆酰化促进潜伏HIV的再激活。Th1、Th17和Treg细胞中均观察到高水平的组蛋白H3乳酸化。Th17细胞中H3K18位点的乳酸化可能促进Th17细胞向Treg细胞重编程。Ikzf1 K164位点乳酸化的显著上调 notably 促进Th17相关基因表达。PD-L1启动子区组蛋白乳酸化增加增强PD-L1表达，最终削弱CD8+ T细胞活化。
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  棕榈酰化（Spal）与豆蔻酰化：ZDHHC7和酰基蛋白硫酯酶2（APT2）介导的棕榈酰化-去棕榈酰化循环激活STAT3，促进Th17细胞分化。ZDHHC3介导的PD-L1棕榈酰化抑制其泛素化和溶酶体降解，从而削弱T细胞免疫反应。N-豆蔻酰转移酶（NMT）主要通过豆蔻酰化Lck和蛋白激酶Cθ底物（如Marcks）调控T细胞受体信号和胸腺发育。在γδ T细胞中，N-豆蔻酰化抑制CaN的组成型磷酸酶活性，削弱IFN-γ转录。CD4+ T细胞中NMT1下调促进促炎性Th1和Th17细胞分化。

树突状细胞（DCs）

DCs是连接先天性和适应性免疫的关键抗原呈递细胞。

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  乙酰化（Kac）：LPS刺激激活p300介导的PKM2乙酰化，触发其从四聚体向单体转变，这对DC激活至关重要。p300介导的高迁移率族蛋白B1（HMGB1）乙酰化增强其核质转位和胞外释放，促进DC成熟和迁移。而模拟乙酰化HMGB1（HMGB1-M）虽增强其核质转位，却降低DC上MHC II类分子表达，从而抑制DC成熟。HDAC3通过去乙酰化关键基因的组蛋白H3K27，影响骨髓造血祖细胞向浆细胞样树突状细胞（pDCs）的分化。HDAC4通过去乙酰化组蛋白H3和STAT6激活Arg1转录，促进单核细胞向DCs分化。SIRT1通过去乙酰化IRF1减弱其对Il-27p28的转录活性，从而抑制DCs中IL-27表达。
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  琥珀酰化（Ksucc）：脾基质能够驱动成熟DCs（maDCs）分化为具有免疫抑制特性的调节性DCs（diffDCs）。与maDCs相比，diffDCs琥珀酸水平降低，琥珀酸-CoA连接酶Suclg2表达显著增加，抑制线粒体蛋白β内酰胺酶的琥珀酰化，导致diffDCs促炎细胞因子分泌减少，维持其耐受性。
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  棕榈酰化（Spal）：DCs中CD80、CD86和TLR2的棕榈酰化已被观察到。棕榈酰化正调控TLR2活性及其细胞表面定位。内体棕榈酰化/去棕榈酰化循环调节pDCs中TLR9信号转导，棕榈酰蛋白硫酯酶1（PPT1）增强pDCs中IFNα的产生。CC趋化因子受体5（CCR5）C端区域三个半胱氨酸残基的S-棕榈酰化有助于其细胞内运输。干扰素诱导跨膜蛋白3（IFITM3）的棕榈酰化诱导其聚集并增强其抗病毒活性。

蛋白质酰化在疾病中的作用

蛋白质酰化在多种炎症性疾病的病理过程中发挥关键调控作用。

脓毒症

脓毒症是一种危及生命的器官功能障碍综合征。蛋白质酰化修饰通过影响自噬、炎症信号和细胞死亡等过程参与其发病。

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  乙酰化与乳酸化：脓毒症病例中，肾小管上皮细胞（RTEC）p53乙酰化增强，与自噬水平先短暂升高后迅速下降相吻合，加剧脓毒症诱导的急性肾损伤（AKI）。自噬相关蛋白Beclin1乙酰化增强也抑制自噬，促进脓毒症相关AKI和心功能障碍。高乙酰化HMGB1从细胞核转位至胞质并积累，加剧脓毒症进展。SIRT1通过去乙酰化HMGB1抑制其核质转位，从而抑制脓毒症相关AKI。脓毒症中PKM2乙酰化增强，导致其活性增加和乳酸产生增多。巨噬细胞摄取的乳酸可通过p300/CBP参与介导HMGB1乳酸化，并促进HMGB1乙酰化，最终导致乳酰化/乙酰化HMGB1从巨噬细胞释放。乳酸脱氢酶A（LDHA）介导的组蛋白H3K18乳酸化促进HMGB1转录和表达，诱导细胞焦亡。
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  琥珀酰化与丙二酰化：脓毒症中Ksucc和Kmal水平升高。代谢物α-酮戊二酸（αKG）水平降低抑制SIRT5，进而抑制PDH去琥珀酰化，增强PDH活性，促进M2巨噬细胞极化，减轻脓毒症炎症和组织损伤。脓毒症恢复后，电压依赖性阴离子通道2（VDAC2）的丙二酰化水平升高，抑制其丙二酰化可减轻脓毒症诱导的铁死亡和心肌功能障碍。
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  棕榈酰化：细菌病原体衍生的cGAMP刺激凝血酶激活的血小板内STING棕榈酰化，导致血小板活化增强和脓毒性血栓形成增加。中性粒细胞中，ZDHHC6诱导MYD88棕榈酰化促进LPS激活的TLR信号转导，抑制MYD88棕榈酰化可提高脓毒症小鼠模型的存活率。ZDHHC21诱导血管α1-肾上腺素能受体棕榈酰化，导致脓毒症期间肾脏血管收缩反应增强和组织损伤。LPS刺激诱导的GSDMD棕榈酰化促进焦亡，增加脓毒症严重程度。

炎症性肠病（IBD）

IBD是一种慢性胃肠道炎症性疾病，其发病与Treg分化、巨噬细胞极化、微生物代谢物交互对话破坏以及膜信号改变有关。

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  乙酰化（Kac）：IBD患者结肠上皮中组蛋白H3乙酰化水平显著降低，且乙酰化水平与结肠炎严重程度负相关。肠道微生物代谢物丁酸盐具有HDAC抑制作用，可通过上调组蛋白H3乙酰化诱导Treg细胞分化，并以HDAC抑制剂（HDACi）依赖的方式抑制中性粒细胞产生促炎介质，从而改善肠道炎症。克罗恩病（CD）患者中Kac水平下降，可能与短链脂肪酸（SCFA）生产者耗竭和CD发展相关。乳酸丰富的肠道微环境中，乳酸通过生成乙酰辅酶A诱导H3K27乙酰化，导致巨噬细胞促炎基因转录抑制。
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  乳酸化（Kla）：B细胞PI3K衔接子缺陷导致乳酸生成减少，组蛋白乳酸化降低，修复性巨噬细胞基因表达减少，从而增强结肠炎炎症状态。然而，CD患者单细胞测序数据显示炎症区域乳酸化水平显著升高，提示乳酸化水平升高可能与CD发病机制相关。
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  其他酰化修饰：敲低SIRT5主要影响PKM2去琥珀酰化，Sirt5^-/-小鼠对葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的结肠炎易感性增加。结肠上皮细胞内存在显著的组蛋白H3K18巴豆酰化修饰，微生物衍生的丁酸盐可促进肠道细胞组蛋白巴豆酰化，暗示肠道菌群可能通过Kcr调控IBD。LPS诱导的巨噬细胞GAPDH丙二酰化导致TNF-α表达水平显著增加，与DSS诱导的小鼠结肠炎进展相关。小鼠盲肠内组蛋白H3K27和H3K9丁酰化和丙酰化水平升高，丁酰化可能有助于基因表达调控并在肠上皮细胞氧化应激反应中发挥作用。
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  棕榈酰化（Spal）：IBD患者中ZDHHC7和APT2表达谱显示与疾病进展相关的显著升高趋势。与CD相关的各种NOD2突变蛋白显示棕榈酰化水平降低，导致膜解离且无法识别细菌病原体入侵。

牙周炎

牙周炎是由牙菌斑微生物组及其毒力因子引起的牙周支持组织慢性炎症性疾病。

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  乙酰化（Kac）：牙周病原体通过调节HDACs表达影响牙周组织乙酰化。牙龈卟啉单胞菌（P. gingivalis）和具核梭杆菌（F. nucleatum）感染牙周组织后，牙龈上皮细胞中HDAC1和HDAC2表达下调，导致染色质组蛋白乙酰化增加，从而上调人β-防御素2和CC趋化因子配体20（CCL20）的基因表达以调节免疫应答。相反，齿垢密螺旋体（T. denticola）感染降低牙周膜细胞中HDAC4、HDAC6和HDAC10表达，促进牙周组织MMP2表达，加剧牙周炎进展。然而，一些研究表明牙周炎患者HDAC1、HDAC5、HDAC8和HDAC9表达水平升高，可能与长期慢性炎症过程相关。HDAC3是牙周炎牙龈成纤维细胞炎症反应的调节因子，可能增加CCL2、IL-1β、MMP3和COX2等炎症介质表达。P. gingivalis LPS和热灭活F. nucleatum促进口腔上皮细胞p300/CBP激活和积累，导致H3K9快速但短暂的乙酰化。丁酸盐可由牙周病原体产生，并作为HDAC抑制剂增强组蛋白乙酰化。通过此机制，牙周病原体操纵宿主细胞组蛋白乙酰化，促进潜伏病毒（如EB病毒和HIV）再激活。粪肠球菌脂磷壁酸在丁酸盐存在下通过抑制HDAC促进巨噬细胞炎症小体激活，可能有助于牙周炎发展。
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  乳酸化（Kla）、巴豆酰化（Kcr）和琥珀酰化（Ksucc）：牙周病（PD）组织显示乳酸水平升高以及蛋白质赖氨酸Kla水平显著增加。P. gingivalis通过转染msRNA P.G_45033增加巨噬细胞内乳酸产生和蛋白质Kla水平，导致淀粉样蛋白β表达上调，加剧牙周炎。然而，牙周炎大鼠模型牙周组织显示乳酸积累和Kla水平呈下降趋势，人牙周膜干细胞（PDLSCs）同样显示Kla修饰减少。恢复PDLSCs的Kla水平可增强其在炎症条件下的成骨分化。除乳酸化外，赖氨酸巴豆酰化是PDLSCs中普遍存在的修饰，积极促进其成骨分化。赖氨酸琥珀酰化主要检测于P. gingivalis的毒力因子相关蛋白以及病原体生存和适应性相关因子产物中。值得注意的是，P. gingivalis内的乙酰化和琥珀酰化修饰存在广泛重叠，尤其是在核糖体功能和代谢相关蛋白中。

动脉粥样硬化

动脉粥样硬化是动脉内膜的慢性炎症性疾病，其进展由PTMs失调及其后果驱动。

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  组蛋白乙酰化：晚期动脉粥样硬化病变中H3K9乙酰化水平与疾病严重程度相关。激活的p300介导STAT1乙酰化及其与PPARγ相互作用，诱导CD36表达、氧化低密度脂蛋白（ox-LDL）摄取和泡沫细胞形成。活性氧（ROS）诱导血管平滑肌细胞（VSMCs）中8-氧代鸟嘌呤DNA糖基化酶（OGG1）乙酰化水平下调，导致酶活性降低，促进动脉粥样硬化形成。所有类型HDACs在动脉粥样硬化中均显著上调，促进NADPH氧化酶表达和ROS产生，介导氧化应激和炎症反应。然而，研究也表明HDAC3可能通过上调PPARγ表达诱导NF-κB/p65失活，从而在动脉粥样硬化中发挥抗炎作用。HDAC3和HDAC9通过影响内皮稳态、VSMC增殖、巨噬细胞表型和泡沫细胞形成调控动脉粥样硬化。HDAC3改变人主动脉平滑肌细胞迁移和增殖能力。巨噬细胞中，HDAC3降低ATP结合盒转运体A1（ABCA1）表达，损害胆固醇外流，促进泡沫细胞形成。类似地，HDAC9通过组蛋白H3K9乙酰化下调ABCA1表达，阻碍巨噬细胞胆固醇外流和向M2表型极化。HDAC9可去乙酰化抑制性κB激酶（IKK）-α和β并诱导NF-κB激活，不利于动脉粥样硬化斑块稳定性。SIRT1通过去乙酰化PGC-1α增强线粒体功能，减轻VSMC衰老和动脉粥样硬化进展。在脂代谢中，SIRT1通过上调巨噬细胞ABCA1促进胆固醇外流。SIRT6可改善动脉粥样硬化脂代谢紊乱，增强巨噬细胞脂噬作用，促进脂滴降解。
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  乳酸化（Kla）：研究表明运动诱导内皮细胞甲基CpG结合蛋白2（MeCP2）赖氨酸乳酸化，抑制表皮调节素表达，对动脉粥样硬化进展产生抑制作用。最新研究揭示，运动通过MeCP2 K271位点乳酸化实现主动脉根斑块巨噬细胞中H3K36me3去甲基化，诱导M2巨噬细胞极化，改善动脉粥样硬化。
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  棕榈酰化（Spal）与豆蔻酰化：内皮型一氧化氮合酶（eNOS）的亚细胞定位需要N-豆蔻酰化和S-棕榈酰化双重酰化，其中DHHC-21调控eNOS棕榈酰化并控制其一氧化氮（NO）生成能力。氧化高密度脂蛋白（oxHDL）增强CD36棕榈酰化，促进CD36定位和信号转导，最终促进巨噬细胞对oxHDL的摄取和泡沫细胞形成。豆蔻酰化调控IL-1α向细胞表面转位，促进白细胞粘附，有助于动脉粥样