乳酸通过组蛋白H3乳酰化调控Tyrp1转录抑制黑色素合成的机制研究

本研究揭示了乳酸通过诱导组蛋白H3K18乳酰化（H3K18la）重编程抑制Tyrp1基因转录的新机制。山西长治医学院杜斌团队发现，乳酸处理可剂量依赖性降低B16黑色素瘤细胞的黑色素沉积，HPLC-MS/MS和ChIP-seq技术证实乳酸通过减少乳酰化组蛋白H3在Tyrp1启动子区的结合，显著下调该关键黑色素合成酶的表达。该研究为皮肤色素沉着疾病的治疗提供了新型表观遗传靶点。

　　

在美容护肤和医学领域，乳酸因其温和的酸性和优异的渗透性被广泛用于改善皮肤质地。尽管已知乳酸能抑制黑色素生成，但其分子机制长期未被阐明。传统观点认为乳酸主要通过抑制酪氨酸酶（TYR）活性或调节活性氧（ROS）发挥作用，但近年发现的蛋白质乳酰化修饰（lactylation）为理解乳酸功能开辟了新视角。这种类似乙酰化的表观遗传标记，尤其是组蛋白H3K18位点的乳酰化（H3K18la），已被证明能通过改变染色质结构调控基因表达。

长治医学院山西省衰老机制研究与转化应用重点实验室的研究人员针对这一科学问题展开研究。他们发现乳酸处理可剂量依赖性减少B16黑色素瘤细胞的黑色素沉积，同时通过HPLC-MS/MS技术鉴定到组蛋白H3是乳酰化修饰最显著的靶蛋白。ChIP-seq分析显示，乳酸处理导致乳酰化组蛋白H3在Tyrp1基因转录起始位点（TSS）的结合显著减少，伴随Tyrp1蛋白水平下降。这项发表于《Scientific Reports》的研究首次揭示了乳酸通过重编程组蛋白乳酰化景观抑制黑色素合成的表观遗传机制。

研究主要采用四种关键技术：①细胞培养与黑色素诱导模型建立；②高效液相色谱-串联质谱（HPLC-MS/MS）进行乳酰化蛋白质组学分析；③染色质免疫沉淀测序（ChIP-seq）检测组蛋白修饰位点；④定量PCR和Western blot验证基因表达。

Lactic acid inhibit melanin synthesis in a dose dependent manner

实验显示5-20 mM乳酸处理48小时可使B16细胞黑色素含量降低40-60%，且不影响细胞活力。溶解实验证实该效应具有剂量依赖性。

Lactic acid promote nuclear enrichment lactylation in a dose dependent manner

免疫荧光显示乳酰化蛋白主要定位于细胞核，Western blot检测到15-45 kDa范围内乳酰化信号增强。

Identification of proteins with lactylation via HPLC-MS/MS

质谱鉴定出乳酸处理后乳酰化水平变化最显著的组蛋白H3，其K18位点修饰经抗体验证。GO分析显示差异乳酰化蛋白富集于染色质组织等生物过程。

ChIP-Seq analysis of histone H3 binding site alterations

基因组结合谱分析发现乳酸处理使乳酰化H3在启动子区的结合从15.5%增至18.34%，但Tyrp1基因TSS区的两个特征峰几乎完全消失。

Lactic acid treatment reduces Tyrp1 expression

ChIP-qPCR证实Tyrp1启动子区H3K18la结合减少，Western blot显示Tyrp1蛋白水平下降60%。恢复实验发现黑色素含量反弹但Tyrp1表达未恢复，提示存在多机制调控。

该研究突破性地揭示了乳酸通过动态重编程组蛋白乳酰化抑制黑色素合成的新机制。不同于既往认知的乳酸直接抑制TYR活性，表观遗传调控的发现为理解乳酸功能提供了全新维度。特别值得注意的是，乳酸并非简单增加整体乳酰化水平，而是特异性改变H3K18la在Tyrp1等关键基因启动子区的空间分布，这种位点选择性调控模式为表观遗传修饰研究提供了新范式。尽管Tyrp1蛋白在乳酸撤除后未能快速恢复，但黑色素合成的部分反弹提示可能存在其他补偿途径，这为后续研究留下重要科学问题。该成果不仅为色素异常疾病的治疗提供潜在靶点，也为护肤品开发中乳酸的作用机制优化奠定了理论基础。