乳酸化修饰通过阻断VHL识别增强HIF-1α稳定性——跨物种保守的缺氧信号代谢调控新机制

本研究揭示了乳酸通过诱导HIF-1α（缺氧诱导因子1α）在物种特异性位点（小鼠K644/人类和猪K12）发生乳酸化修饰（lactylation），从而阻断VHL（von Hippel-Lindau蛋白）介导的泛素化降解通路。研究人员综合运用质谱分析、结构模拟和跨物种突变实验，首次证明乳酸化在不影响羟基化的前提下，通过空间位阻效应抑制VHL结合，显著提升HIF-1α蛋白稳定性并增强其转录活性。该发现为代谢重编程与缺氧适应的交叉调控提供了全新分子机制，对肿瘤微环境、缺血性疾病等病理过程具有重要启示。

　　

在生命活动过程中，细胞对缺氧环境的适应能力直接关系到组织稳态和疾病发展。作为缺氧应答的核心调控因子，HIF-1α（缺氧诱导因子1α）的稳定性通常依赖于经典的PHD（脯氨酰羟化酶）-VHL（von Hippel-Lindau蛋白）降解通路：在常氧条件下，PHD介导的HIF-1α羟基化（hydroxylation）会触发VHL依赖的泛素化（ubiquitination）和蛋白酶体降解。然而，在肿瘤微环境、剧烈运动等乳酸大量积累的病理生理场景中，HIF-1α却能在常氧条件下异常稳定——这一现象长期缺乏合理解释。

南京农业大学等机构的研究人员通过系统性实验发现，乳酸作为糖酵解终产物，可通过诱导HIF-1α发生乳酸化修饰（lactylation），形成一种超越羟基化调控的"分子开关"。该研究通过质谱鉴定出物种特异的乳酸化位点（小鼠K644/人类和猪K12），结合AlphaFold3结构模拟揭示：乳酸化基团通过空间位阻效应直接阻碍VHL与羟基化HIF-1α的结合，但不影响PHD对HIF-1α的羟基化修饰。这种独特的"表观上位效应"使乳酸化HIF-1α能同时抵抗泛素化降解并增强转录活性，驱动VEGFA、GLUT1等靶基因表达。论文发表于《Cell Communication and Signaling》，为代谢物重塑缺氧信号通路提供了范式转变。

研究采用四项关键技术：1）跨物种细胞模型（猪颗粒细胞/NIH3T3细胞系）构建；2）乳酸化位点质谱鉴定与定点突变验证；3）分子动力学模拟预测K644/K12乳酸化的构象变化；4）染色质免疫沉淀（ChIP）分析启动子结合效率。

乳酸促进缺氧条件下HIF-1α积累

敲除LDHA/LDHB（乳酸脱氢酶）显著抑制缺氧诱导的HIF-1α蛋白积累，而外源乳酸可逆转该效应，证实乳酸是HIF-1α稳定的关键介质。

乳酸化阻断VHL识别机制

免疫共沉淀显示乳酸化HIF-1α与VHL结合减少50%，K644R/K12R突变则恢复结合。结构模拟发现K644la使P402-P577距离缩短2.1?，直接干扰VHL结合界面。

羟基化与乳酸化的正交调控

CoCl₂（羟基化抑制剂）和乳酸可协同稳定HIF-1α，且P402A/P577A双突变不影响乳酸化效率，证实两种修饰独立发生但功能耦合。

转录活性增强效应

纯化的乳酸化HIF-1α在ChIP中显示2.3倍更高的VEGFA启动子占有率，qPCR证实其靶基因诱导能力较非修饰形式提升60-80%。

该研究确立了乳酸化作为缺氧信号调控的"第三维度"：不同于传统氧感知机制，乳酸通过修饰HIF-1α特定残基形成"代谢记忆"，使细胞能整合营养状态与氧信号。这种调控在进化上呈现有趣的物种分化（小鼠K644/人猪K12），却保守地维持功能同一性。对于肿瘤治疗，靶向乳酸化可能双重抑制Warburg效应和血管生成；而在生殖医学中，通过调控卵泡颗粒细胞的HIF-1α乳酸化，或可改善缺氧导致的排卵障碍。研究同时提出"代谢修饰串扰"的新概念——远端乳酸化能通过变构效应影响近端蛋白相互作用，这为理解PTM（翻译后修饰）网络的时空协调提供了全新视角。