综述:组蛋白与非组蛋白乳酸化修饰的分子机制、生物学功能、疾病关联及治疗靶点

【字体: 时间:2025年06月10日 来源:Molecular Biomedicine 6.3

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  这篇综述系统总结了近年来新发现的赖氨酸乳酸化(Kla)修饰,涵盖其分子机制(包括乳酸代谢、乳酸转移酶/去乳酸化酶调控)、检测技术(如质谱和CUT&Tag),以及组蛋白(H3K18la/H4K12la)与非组蛋白(如AARS1/ACSS2)乳酸化在癌症、神经退行性疾病和代谢紊乱中的关键作用,并探讨了靶向Kla的治疗潜力。

  

分子机制:乳酸化修饰的化学基础与调控网络
赖氨酸乳酸化(Kla)是一种由乳酸驱动的翻译后修饰,通过将乳酰基团转移到赖氨酸ε-氨基上形成。这一过程依赖于乳酸代谢产物L-乳酰辅酶A(L-lactyl-CoA)的生成,其中乙酰辅酶A合成酶2(ACSS2)和GTP特异性琥珀酰辅酶A合成酶(GTPSCS)被鉴定为关键合成酶。Kla的动态平衡由"写入器"(如p300/CBP、KAT2A)、"擦除器"(HDAC1-3、SIRT3)和"阅读器"(如Brg1)共同调控。值得注意的是,D-乳酸可通过非酶促反应介导KD-la
,而L-乳酸则通过酶促途径形成KL-la
,两者在炎症和代谢调控中展现不同功能。

检测技术:从质谱到单细胞多组学
Kla的发现得益于高灵敏度质谱技术,尤其是通过特征性环状铵离子(Cyclm)实现精准位点鉴定。CUT&Tag技术与RNA-seq联用揭示了H3K18la在基因启动子区的富集规律,而新型纳米抗体单细胞技术(Nano-CT)可同步分析多种组蛋白修饰。这些技术进步为解析Kla的时空动态提供了关键工具。

组蛋白乳酸化:染色质重塑与基因调控
核心组蛋白(H2A/H2B/H3/H4)的28个Kla位点中,H3K18la和H4K12la研究最为深入。H3K18la通过激活NF-κB信号促进阿尔茨海默病的神经炎症,而H4K12la在微细胞中形成"糖酵解-PKM2"正反馈环。在心肌梗死修复中,H3K18la上调血管生成因子(VEGFA),而动脉粥样硬化中MECP2-K271la则通过抑制Ereg/MAPK通路稳定斑块。

非组蛋白乳酸化:功能多样性与疾病关联
超过9000个非组蛋白Kla位点被鉴定,包括:

  • 代谢酶:HK2-Kla激活肝星状细胞促纤维化基因
  • DNA修复蛋白:MRE11-K673la增强同源重组修复导致化疗抵抗
  • 免疫调控因子:RIG-I-Kla通过NLRP3抑制抗肿瘤免疫
  • 自噬相关蛋白:TFEB-K91la稳定蛋白结构促进溶酶体生成

疾病关联:从癌症到代谢紊乱
在肿瘤中,Kla通过三重机制驱动恶性进展:

  1. 血管生成:YY1-K183la上调FGF2
  2. 免疫逃逸:ALKBH5乳酸化促进IFN-β产生
  3. 代谢重编程:β-catenin-Kla激活Wnt信号

神经系统疾病中,Tau-K677la通过铁死亡加重阿尔茨海默病,而TUFM-Kla则通过线粒体自噬缺陷导致脑损伤。糖尿病肾病中ACSF2-K182la诱导线粒体功能障碍,而妊娠糖尿病则与胎盘H3K23la异常相关。

治疗前景:从机制到临床转化
靶向策略包括:

  • 乳酸代谢干预:MCT1/4抑制剂阻断乳酸穿梭
  • 酶特异性调控:ACSS2-KAT2A相互作用阻断肽增强PD-1疗效
  • 表观遗传编辑:SIRT3激动剂降低H3K9la改善食管癌

挑战与展望
当前研究存在三大瓶颈:D-乳酸修饰的普适性尚未明确、"阅读器"蛋白鉴定不足、以及多修饰位点的竞争机制不清。未来研究可聚焦Kla特异性酶的发现,以及基于纳米抗体的单细胞多组学技术应用,为代谢-表观遗传交叉研究开辟新范式。

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