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该综述聚焦乳酰化这一新型翻译后修饰（PTM），探讨其通过调控生物分子液 - 液相分离（LLPS）影响生理及疾病进程的机制，涵盖乳酰化与乳酸、相分离的关联，不同细胞定位的调控作用及在肿瘤等疾病中的研究价值，为相关领域提供新视角。
乳酸、乳酰化与相分离的生物学特征
乳酸作为无氧糖酵解的关键代谢产物，不仅是能量代谢中间物，还可通过单羧酸转运蛋白（MCT）家族在细胞间穿梭，参与细胞间信号传导。在人类和真核生物中，乳酸以 L - 乳酸和 D - 乳酸两种立体异构体形式存在，其中 L - 乳酸是主要形式，由乳酸脱氢酶 A（LDHA）催化生成，D - 乳酸主要通过非 LDH 途径产生。
2019 年发现的赖氨酸乳酰化是乳酰化研究的重要里程碑。乳酰化修饰通过 “写入器 - 读取器 - 擦除器” 动态调控轴实现对生物功能的精确调控。组蛋白乙酰转移酶（HATs）家族成员（如 P300、CBP、TIP60/KAT5）作为 “写入器”，催化乳酰基团与组蛋白赖氨酸残基（如 H3K18、H3K14）共价结合；溴结构域（BD）家族蛋白（如 BRG1）作为 “读取器”，通过保守的溴结构域特异性识别乳酰化赖氨酸；组蛋白去乙酰化酶（HDACs），包括 I 类 HDACs（HDAC1/2/3）和 III 类 HDACs（Sirtuin1/2/3），作为 “擦除器”，催化去乳酰化反应。此外，乳酰化还可通过以乳酰谷胱甘肽（LGSH）为底物的被动非酶促酰基转移作用发生在非组蛋白（NHPs）上，如转录因子和代谢酶等。
乳酰化修饰与其他翻译后修饰的相互作用
细胞内的翻译后修饰并非孤立存在，而是相互关联、相互影响，形成复杂的调控网络，即修饰串扰（PTM crosstalk）。乳酰化与其他修饰如乙酰化、 crotonylation 等存在协同或竞争作用。
在 polymicrobial sepsis 中，高浓度乳酸作用于巨噬细胞，诱导高迁移率族盒 1（HMGB1）同时发生乳酰化和乙酰化，这两种修饰协同重塑 HMGB1 周围的分子微环境，改变其与 DNA 的结合亲和力，使 HMGB1 从紧密结合 DNA 的凝聚态中解离，进而从细胞核转位至细胞质，定位到溶酶体，并最终通过巨噬细胞外泌体释放。从相分离机制角度看，乳酰化和乙酰化共同破坏了涉及 HMGB1 的相分离过程，使其细胞内凝聚物失稳，便于其向可释放状态转变。
乳酰化介导的生物分子相分离
乳酰化作为一种动态可逆的翻译后修饰，通过将乳酸分子共价连接到特定氨基酸残基上，生成乳酰化蛋白，深刻影响蛋白质的结构和功能，在多种细胞生理和病理过程中发挥关键作用。其中，赖氨酸乳酰化是研究最广泛、最普遍的形式，但新兴证据也支持精氨酸乳酰化的存在。
乳酰化可在分子水平和表观遗传水平调控生物分子相分离。在分子水平，不同细胞位置存在多种乳酰化调控相分离的实例。在细胞核中，核仁素（NCL）在 K477 位点的乳酰化促进其与丝裂原活化蛋白激酶激活死亡结构域（MADD）的相互作用，激活 MAPK 通路，从而促进肝内胆管癌的发展；MRE11-RAD50-NBS1（MRN）三聚体复合物在 DNA 损伤感应和响应中起关键作用，其中尼曼 - 匹克病断裂综合征 1 蛋白（NBS1）在 K388 位点的乳酰化（由转录中介因子 60（TIP60）介导）和减数分裂重组 11 同源物 A（MRE11）在 K673 位点的乳酰化（由 CBP 介导）促进了 MRN 复合物的形成，进而促进 DNA 末端切除和同源重组修复，导致肿瘤细胞对化疗产生耐药性；丙氨酰 - tRNA 合成酶 1（AARS1）介导的 P53 DNA 结合域（DBD）中 K120 和 K139 位点的乳酰化削弱了其 DNA 结合能力、液 - 液相分离（LLPS）能力和转录活性，促进肿瘤发生，而 β- 丙氨酸可逆转这一过程以增强化疗效果。
在细胞质中，过度运动导致骨骼肌中乳酸积累，引发 SH3 结构域包含蛋白 3（SORBS3）的乳酰化，触发其液 - 液相分离，加强 SORBS3 与 flotillin1 的相互作用，并选择性促进 F-box 蛋白 2（FBXO2）分选到小细胞外囊泡（SEVs）中，形成 “乳酸小体”，从而导致肝纤维化，红景天苷可通过抑制 LDH 活性降低乳酸水平并抑制乳酸小体的产生，为治疗提供了潜在途径；α- 肌球蛋白重链（α-MHC）在酰基转移酶 P300 和去乙酰化酶 Sirtuin 1 的调控下，在 K1897 位点发生酶依赖性乳酰化，改变其结构并促进与肌联蛋白（titin）的相互作用，稳定 α-MHC 的粗丝，维持肌节完整性，调节肌丝滑动和松弛，激活信号通路，维持钙稳态，保护心脏整体结构和功能，α-MHC 的 K1897 位点突变为精氨酸会降低其整体乳酰化水平，并削弱其与肌节中 titin 的相互作用，表明精氨酸也可发生乳酰化；在剧烈运动时，骨骼肌细胞质中的液泡蛋白分选 34（Vps34）在 K356 和 K781 位点发生乳酰化（由酰基转移酶赖氨酸乙酰转移酶 5（KAT5）/TIP60 介导），增强其与 Beclin 1、自噬相关蛋白 14 类似物（Atg14L）和紫外线抗性相关基因（UVRAG）的相互作用，促进自噬通量和内溶酶体运输；乳酸可调节细胞质中神经前体细胞发育下调蛋白 4（NEDD4）在赖氨酸 33（K33）位点的乳酰化，该修饰抑制 NEDD4 与半胱天冬酶 - 11（caspase-11）的相互作用，从而阻碍 caspase-11 的泛素化，由于泛素化与凝聚物形成有关，推测这种抑制作用会减少 caspase-11 泛素化凝聚物的产生，从而使细胞内 caspase-11 水平升高；丙氨酸 - tRNA 合成酶 2（AARS2）与细胞质中的环状 GMP-AMP 合成酶（cGAS）相互作用，介导 cGAS 氨基末端的乳酰化，抑制环状 GMP-AMP（cGAMP）的合成和先天免疫反应，导致 cGAS 液 - 液相分离能力丧失和酶活性降低，在先天免疫细胞中通过 MCT1 阻断 L - 乳酸运输可抑制 cGAS 乳酰化并恢复免疫反应。
在细胞膜上，肿瘤微环境中的乳酸使调节性 T（Treg）细胞膜上的 MOESIN 蛋白在 K72 位点发生乳酰化，促进 MOESIN 与转化生长因子 β（TGF-β）受体 I（TGF-β RI）的相互作用，通过磷酸化激活 SMAD 家族成员 3（SMAD3），并协同增强下游 TGF-β 信号传导，从而诱导 naive T 细胞分化为 Treg 细胞，并增强 Treg 细胞抑制效应 T 细胞增殖的能力，同时，乳酸在炎症条件下维持叉头盒 P3（FOXP3）的高表达，从而提高 Treg 细胞的稳定性，增强肿瘤免疫耐受，这些发现表明控制乳酸水平和调节 MOESIN 信号传导对癌症患者具有潜在的治疗益处。
在表观遗传水平，组蛋白乳酰化通过改变染色质的空间构型影响下游靶基因的转录。例如，在结直肠癌（CRC）细胞核中，对贝伐珠单抗治疗耐药的患者表现出 H3K18la 水平显著升高，该修饰增强了 RUBCNL/Pacer 的转录，进一步促进其与 Beclin1 的相互作用，促进自噬体成熟，使 CRC 细胞在缺氧条件下增殖和存活，这一机制表明靶向抑制组蛋白乳酰化可能潜在地增强贝伐珠单抗在 CRC 治疗中的临床疗效；在子宫内膜癌中，H3K18la 组蛋白乳酰化刺激泛素特异性蛋白酶 39（USP39）的表达，促进其与 PGK1 的相互作用，激活 PI3K/AKT/HIF-1α 信号通路，从而促进子宫内膜癌的发生和发展；在巨噬细胞中，H3K18la 组蛋白乳酰化下调 RARγ 的表达，抑制其与肿瘤坏死因子受体相关因子 6（TRAF6）的相互作用，阻止 TRAF6 寡聚化和自泛素化；在黑色素瘤细胞中，H3K18la 组蛋白乳酰化上调 ALKBH3 的表达，促进肿瘤抑制因子斑点蛋白 100 A（SP100A）的 m1A 去甲基化，进而抑制 SP100A mRNA 和蛋白的表达，阻碍早幼粒细胞白血病（PML）核体的形成，该研究首次揭示了组蛋白乳酰化、mRNA m1A 修饰和相分离之间的关联，表明靶向 mRNA m1A 重编程可能增强肿瘤治疗的疗效；此外，研究发现，在葡萄膜黑色素瘤中，组蛋白乳酰化可能促进 YTHDF2 的表达，导致 m6A 修饰的 PER1 和 TP53 mRNA 的降解，这可能进一步影响 P53 蛋白的液 - 液相分离，加速葡萄膜黑色素瘤的发展。
靶向乳酰化 - 相分离轴的转化医学
乳酰化调控生物大分子相分离的机制进一步阐明了乳酰化在细胞内的关键作用及其在各种疾病中的意义，突显了靶向乳酰化 - 相分离轴作为新型临床治疗策略的潜力。随着对乳酰化修饰和生物分子相分离机制研究的深入，已出现三种核心干预途径：靶向乳酸代谢和转运酶、关键修饰酶和底物蛋白，这些方法在肿瘤治疗中通过精确调节靶蛋白的乳酰化和动态相分离表现出显著潜力。
从根源调控的角度来看，靶向乳酸代谢和转运途径可有效控制乳酰化修饰的底物供应。敲除 LDHA 基因或使用 LDHA 抑制剂司替戊醇可降低乳酸水平，抑制 NBS1 在 K388 位点的乳酰化，影响 MRN 三聚体复合物的形成，降低 DNA 修复效率，克服化疗耐药性；FX11 特异性抑制 LDHA，显著减少乳酸产生，增加宫颈癌细胞内活性氧（ROS）水平，诱导细胞死亡；作为 MCT1 抑制剂，AR-C117977 和 AZD3965 分别影响乳酸跨膜运输，诱导胶质母细胞瘤干细胞酸化和死亡，以及抑制乳腺癌细胞丙酮酸外排和肿瘤生长，值得注意的是，AZD3965 是首个进入 I/II 期临床试验（NCT01791595）的乳酸代谢靶向药物，用于治疗晚期实体瘤和非霍奇金淋巴瘤。
在修饰过程调控层面，靶向关键乳酰化修饰酶可直接影响蛋白质相分离动态。在肿瘤免疫逃逸过程中，乙酰辅酶 A 合成酶 2（ACSS2）将乳酸转化为乳酰辅酶 A（lactyl-CoA），并与赖氨酸乙酰转移酶 2A（KAT2A）协同催化组蛋白 H3 在 K14/K18 位点的乳酰化，激活免疫抑制基因如 PD-L1 和 Wnt/NF-κB 通路，促进肿瘤细胞增殖和免疫逃逸，靶向 ACSS2 或 KAT2A 可通过阻断乳酰辅酶 A 的产生或抑制乳酰转移酶活性，使异常的蛋白质相分离动态正常化，从而抑制肿瘤生长并逆转免疫逃逸；β- 丙氨酸通过阻断 AARS1 介导的 P53 乳酰化，恢复 P53 的肿瘤抑制功能，在异种移植肿瘤小鼠模型中，将 β- 丙氨酸与阿霉素联合使用可显著延长小鼠寿命，表明其与传统化疗联合应用的潜力；此外，HDAC 抑制剂可降低 H3K18 乳酰化水平，可能影响蛋白质相分离，与抗 PD-1 抗体联合使用时可增强 T 细胞的杀伤活性。
精准干预靶向底物蛋白为疾病治疗提供了新方向。在卵巢癌中，PARP 抑制剂（PARPi）尼拉帕利激活癌细胞糖酵解，导致乳酸积累并诱导 H4K12la，触发特定结构域包含蛋白通过相分离形成凝聚物，进而组装成超级增强子（SEs），SEs 招募转录因子 MYC 驱动 RAD23A 的异常表达，增强 DNA 修复能力，导致耐药性，体外、体内和类器官实验表明，靶向 RAD23A 可逆转这种耐药性，尽管其对其他 PARP 抑制剂和癌症类型的适用性需要进一步验证，但它展示了靶向乳酰化修饰底物蛋白干预疾病生物学的潜力。
尽管乳酰化靶向治疗取得了治疗进展，但仍存在两个关键挑战：（1）实现位点特异性调节而不破坏整体乳酸代谢；（2）克服相邻翻译后修饰网络内的补偿性串扰。新兴的蛋白水解靶向嵌合体（PROTAC）技术通过开发乳酸导向降解剂提供了一种解决方案。据报道，一种靶向 LDH 的 PROTAC 降解剂（MS6105）用于胰腺癌治疗，与 LDHA/B 的小分子抑制剂相比，对间充质样和上皮样胰腺癌细胞的生长具有更强的抑制作用。未来，预计开发更多特异性识别乳酰化位点的抑制剂或激动剂，将能够更精确地调节相分离过程，为治疗肿瘤和相关疾病提供更有效和安全的策略。
总结与未来展望
异常的乳酸代谢导致乳酰化修饰可在分子和表观遗传水平改变靶蛋白的相分离动态，这种破坏可导致细胞功能障碍，最终影响疾病的发生和发展。靶向乳酰化 - 相分离轴可能为癌症和代谢性疾病提供精确的干预策略。具体而言，乳酰化可能促进某些蛋白质的聚集，促进其形成生物凝聚物，这一过程对于细胞应对内外应激以及调节信号传导至关重要；相反，乳酰化也可能抑制特定蛋白质的相分离，影响其相互作用和活性。因此，深入了解乳酰化在相分离中的作用机制不仅能增进我们对翻译后修饰的认识，还能揭示其在细胞生物学和调控网络中的多种功能。
迄今为止，乳酰化和生物分子相分离领域仍存在许多挑战，如乳酰化的时空特异性检测瓶颈以及相分离靶向药物的脱靶风险。未来，研究可聚焦于开发乳酰化响应性相分离探针，探索基于人工智能的乳酰化修饰和相分离相关位点预测等方向。总之，随着现代生物技术的进步，乳酰化的检测和调控有望成为未来精准医学的关键组成部分，为临床实践提供新的治疗选择。
