组蛋白H3第18位赖氨酸的乳酰化作用通过体内和体外实验促进Caspase-8的表达，从而加剧脓毒症引起的肺损伤中的肺泡上皮细胞凋亡

《Evolving Earth》：Histone H3 lysine 18 lactylation promotes alveolar epithelial cell apoptosis in sepsis-induced lung injury by upregulating caspase-8 in vivo and in vitro

脓毒症诱导的急性肺损伤（ALI）中，乳酸通过组蛋白H3K18乳酸化促进肺泡上皮细胞（AEC）凋亡，激活caspase-8通路。采用CLP小鼠模型和LPS刺激的AECs，发现脓毒症小鼠肺组织H3K18la显著升高，并与caspase-8表达增强及TNF-α诱导的AEC凋亡相关。抑制乳酸生成或caspase-8活性可减轻肺损伤。

　　

林萍|王宇|李晓倩|梁宗刚|王婷

四川大学华西医院呼吸与重症医学系，中国四川省成都市，610041

摘要

背景

脓毒症是急性肺损伤（ALI）的主要原因，其中肺泡上皮细胞（AECs）的凋亡起着核心作用。乳酸水平的升高是脓毒症诱导的代谢重编程的标志，最近研究发现乳酸参与赖氨酸的乳酸化修饰。然而，乳酸对AEC凋亡和ALI发病机制的具体贡献仍不清楚。

方法

本研究使用盲肠结扎穿刺（CLP）小鼠模型和LPS刺激的AECs来探讨乳酸化在AEC凋亡中的作用。实验方法包括组织病理学分析、Western blotting、TdT介导的dUTP-生物素末端标记（TUNEL）染色、染色质免疫沉淀（ChIP）测定，以及使用Oxamate、重组TNF-α和caspase-8抑制剂Z-IETD-FMK进行药理干预。

结果

与假对照组相比，脓毒症小鼠表现出显著的乳酸水平升高、炎症加剧、肺细胞凋亡增加和肺损伤加重。脓毒症肺组织和LPS刺激的AECs均显示出泛赖氨酸乳酸化（pan-Kla）和组蛋白H3第18位赖氨酸的乳酸化（H3K18la）显著上调。ChIP分析显示H3K18la在caspase-8启动子区域富集。乳酸暴露增加了caspase-8的表达，从而增强了TNF-α诱导的AEC凋亡。通过药理抑制乳酸生成或caspase-8活性，可以显著减轻脓毒症小鼠的肺细胞凋亡和肺损伤。

结论

我们的结果表明，在脓毒症诱导的ALI中，乳酸驱动的H3K18la通过上调caspase-8促进TNF-α诱导的AEC凋亡。针对这一乳酸/H3K18la/caspase-8轴可能成为治疗脓毒症诱导的ALI的有效策略。

引言

急性呼吸窘迫综合征（ARDS）是一种严重的临床疾病，其特征是弥漫性肺炎症、肺泡毛细血管通透性增加和急性低氧性呼吸衰竭[1]。在其病因中，脓毒症是最常见和最关键的触发因素之一[2]。美国的一项全国性分析显示，47%的ARDS病例由脓毒症引起[3]，而中国的一项多中心研究发现，67.8%的脓毒症患者发展为ARDS，30天内的归因死亡率为11.9%[4]。最新证据表明，葡萄糖代谢的代谢重编程在脓毒症诱导的ARDS/急性肺损伤（ALI）的发病机制中起着关键作用[5]。在这种情况下，血清乳酸水平的升高——作为糖酵解的最终产物——已成为反映脓毒症严重程度和预后的可靠生物标志物，因为它与更大的疾病负担、多器官功能障碍和更高的死亡率相关[6]。动物实验也证实，脓毒症期间乳酸水平显著升高，抑制糖酵解可以有效减轻脓毒症诱导的ALI/ARDS[7,8]。

最近，乳酸依赖的赖氨酸乳酸化被鉴定为一种新的蛋白质翻译后修饰（PTM）形式，这种修饰以糖酵解依赖的方式发生[9]。该过程涉及将来自乳酸的乳酸基团共价添加到组蛋白和非组蛋白蛋白的赖氨酸残基上[10]。值得注意的是，组蛋白乳酸化通过改变染色质结构和调节转录激活来调节基因表达[11]。最近的研究利用液相色谱-串联质谱（LC–MS/MS）技术在生理条件下检测了人肺组织中451种蛋白质的724个乳酸化位点[12]。越来越多的证据表明，乳酸化参与脓毒症诱导的ALI。临床研究显示，脓毒症相关ALI患者的外周血免疫细胞和支气管肺泡灌洗液中的组蛋白乳酸化水平显著升高，这与疾病严重程度相关[13,14]。同样，临床前研究也发现脓毒症小鼠的肺组织中乳酸化水平显著升高[15,16]。由于乳酸积累是脓毒症的标志，这些临床和实验发现强烈支持乳酸化是脓毒症诱导的ALI病理过程中的关键介质[17]。

凋亡是一种受严格调控的程序性细胞死亡形式，在维持肺稳态中起着重要作用。在脓毒症中，AEC的过度凋亡被认为是ALI发展和进展的核心[18,19]。AEC的丧失会破坏肺泡屏障，导致肺水肿、持续炎症和气体交换障碍[20]。在脓毒症期间，炎症介质和代谢紊乱共同导致细胞凋亡加剧，从而加重器官功能障碍[21,22]。尽管脓毒症诱导的ALI中的AEC凋亡已有充分记录，但糖酵解重编程与AEC凋亡之间的精确分子机制仍不清楚。因此，本研究的目的是探讨乳酸驱动的乳酸化在脓毒症诱导的ALI中调节AEC凋亡的作用和机制，为针对乳酸化进行的治疗干预提供理论基础。

部分摘要

动物模型和实验设计

从GemPharmatech有限公司（中国成都）购买了特定病原体-free（SPF）的C57BL/6雄性小鼠（8周龄）。小鼠在具有12小时光照/黑暗周期的受控环境中饲养，并可自由获取食物和水。所有动物实验均获得了四川大学华西医院伦理委员会的批准（批准编号：20,230,226,040），并遵循实验室动物护理和使用的机构指南进行。

脓毒症肺组织和LPS刺激的肺泡上皮细胞中H3K18la水平升高

使用CLP小鼠模型模拟临床脓毒症。CLP后24小时收集肺组织和血清进行分析。与假对照组相比，脓毒症小鼠表现出明显的肺组织病理损伤（图1A）、肺泡渗出增加和肺水肿（图1B和C），以及血液中促炎细胞因子（TNF-α、IL-6和IL-1β）水平升高（图1D–F）。脓毒症组的血清乳酸水平也显著升高（图1G）。Western blotting分析显示...

讨论

越来越多的证据表明，无氧糖酵解在脓毒症的发病机制中起着关键作用。糖酵解抑制剂，如2-脱氧-D-葡萄糖（2-DG）和3-(3-吡啶基)-1-(4-吡啶基)-2-丙烯-1-酮（3PO），已被证明可以缓解脓毒症并预防相关器官衰竭[7,26]。过度的糖酵解活动通常会导致乳酸积累，这会诱导内质网（ER）形态改变和ER应激，从而促进AEC的凋亡...

CRediT作者贡献声明

林萍：撰写——原始草稿、方法学、数据分析、概念化。王宇：方法学、数据分析。李晓倩：方法学、数据分析。梁宗刚：撰写——审稿与编辑、验证、监督、项目管理、方法学、概念化。王婷：撰写——审稿与编辑、验证、监督、方法学、概念化。

伦理声明

所有动物研究均获得了四川大学华西医院伦理委员会的批准（批准编号：20,230,226,040），并遵循实验室动物护理和使用的机构指南进行。

出版同意

不适用。

科学写作中关于生成式AI的声明

无。

资助

无。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

不适用。