综述：乳酸化修饰作为癫痫中代谢-表观遗传交汇点：机制与治疗意义

本综述系统阐述了乳酸化（Lactylation）这一新型代谢衍生性翻译后修饰（PTM）在癫痫发病机制中的核心作用。作者深入探讨了乳酸化通过调控神经炎症、能量代谢、神经递质平衡及突触可塑性，介导癫痫发生发展的分子通路（如NF-κB、HIF-1α信号轴），并前瞻性提出靶向乳酸化酶系（如LDHA、p300/CBP）、代谢干预（如生酮饮食）等治疗新策略，为癫痫的精准防治提供了创新的代谢-表观遗传视角。

　　

1. 乳酸化的机制与生物学特性

乳酸化是一种由乳酸介导的赖氨酸特异性翻译后修饰（PTM），其通过乳酸在组蛋白乙酰转移酶（如p300/CBP）催化下共价连接至靶蛋白赖氨酸残基的ε-氨基，形成赖氨酸乳酸化（Kla）。在糖酵解过程中，葡萄糖经葡萄糖转运体（GLUTs）进入细胞后代谢为丙酮酸，后者在乳酸 dehydrogenase（LDH）作用下还原为乳酸。乳酸通过单羧酸转运体（MCT1/4）进入细胞核，经酰基辅酶A合成酶短链家族成员2（ACSS2）催化生成乳酰辅酶A，最终由p300/CBP转移乳酰基至组蛋白或非组蛋白，实现代谢状态向表观遗传指令的转化。在缺氧或高糖酵解条件下，核内乳酸积累驱动p300介导的乳酸化修饰，形成代谢-表观遗传交叉对话的核心机制。

乳酸化修饰具有显著代谢敏感性，其水平动态耦合于细胞能量状态。研究表明，在巨噬细胞极化过程中，组蛋白H3赖氨酸18乳酸化（H3K18la）可在6小时内响应乳酸浓度变化，动态调控促炎与抗炎基因表达。在心肌细胞中，缺血30分钟内即可诱导H3K18或α-肌球蛋白重链（α-MHC）乳酸化，而抑制LDH或MCT1/4可同步降低乳酸水平与乳酸化修饰。在3T3-L1脂肪细胞中，外源性乳酸处理2小时即可诱导过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）乳酸化，促进脂质积累。在皮质神经元中，5分钟电刺激即可触发乳酸骤升，30分钟内使脑源性神经营养因子（BDNF）基因启动子区H3K18la水平翻倍；敲除LDH或抑制MCT2可迅速消除乳酸化修饰。这些发现凸显了乳酸化在组织特异性调控中的广泛功能，确立了其作为代谢-表观遗传网络核心节点的地位。

乳酸化作用底物多样性极高，涵盖组蛋白与非组蛋白，形成跨区室、多维度的调控网络。组蛋白修饰中，H3K18la通过电荷中和调控染色质可及性，H3K9la可能通过改变组蛋白- DNA相互作用影响基因沉默或激活，H4K12la则可能参与DNA损伤修复过程。非组蛋白乳酸化在细胞各区间均发挥重要作用：核内，氨酰-tRNA合成酶1（AARS1）介导的肿瘤蛋白p53乳酸化抑制其肿瘤抑制功能，巨噬细胞中高迁移率族蛋白B1（HMGB1）乳酸化加剧脓毒症；线粒体内，缺氧诱导的丙酮酸脱氢酶E1α亚基（PDHA1）乳酸化抑制能量代谢，肉碱棕榈酰转移酶2（CPT2）乳酸化损害脂肪酸氧化。质谱鉴定的9275个乳酸化位点中，9256个位于非组蛋白，表明乳酸化靶向广度与生物学效应紧密关联。这些发现证明乳酸化通过区室化修饰网络耦合代谢信号与表观遗传调控及能量代谢，为理解代谢-表观遗传互作提供了新分子视角。

乳酸化动态平衡由两类关键酶协同调控：p300/CBP乙酰转移酶作为“书写器”催化乳酸化修饰，而组蛋白去乙酰化酶1–3（HDAC1–3）与sirtuins 1–3（SIRT1–3）作为“擦除器”逆转该过程。具体而言，HDAC1–3主要去除核蛋白乳酸化标记，SIRT3则主要调控线粒体蛋白乳酸化状态。该系统受乳酸浓度、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD⁺/NADH）比率等代谢信号精确调制，为靶向治疗干预提供了分子基础。

乳酸化通过与其他PTMs动态互作形成复杂调控网络。乳酸化与乙酰化竞争相同赖氨酸残基，但导致染色质结构或蛋白功能相反变化。巴豆酰化（crotonylation）涉及巴豆酰基从酰基-CoA供体转移至赖氨酸侧链ε-氨基，在基因调控与染色质生物学中起关键作用，与乳酸化共享部分催化酶（如p300）并通过竞争酰基-CoA底物维持动态平衡。在肿瘤细胞中，乳酸富集微环境抑制巴豆酰化同时促进乳酸化，从而驱动免疫抑制基因表达。乳酸化通过修饰蛋白构象、暴露磷酸化位点增强激酶活性：在金黄色葡萄球菌感染中，H3K18la上调精氨酸酶1（Arg1）等特定靶基因并促进信号转导与转录激活因子3（STAT3）磷酸化。在载脂蛋白C-II（APOC2）K70位点，乳酸化通过抑制泛素化稳定蛋白水平。这些蛋白修饰间的复杂 interplay 代表未来研究的前沿方向。

2. 乳酸化在癫痫发生中的机制与通路

2.1. 乳酸化通过神经递质机制调控癫痫发生

癫痫的核心病理特征是兴奋性谷氨酸与抑制性γ-氨基丁酸（GABA）神经传递平衡破坏。突触间隙过量谷氨酸导致神经元过度兴奋，而γ-氨基丁酸能（GABAergic）信号受损削弱抑制效应，二者共同促成癫痫样放电。

在谷氨酸调控方面，星形胶质细胞通过谷氨酸转运体（GLT-1）与谷氨酰胺合成酶（GS）控制谷氨酸清除与再循环，该过程功能障碍是癫痫兴奋毒性的关键机制。虽无直接证据表明乳酸修饰调控GLT-1，但多项研究发现异常乳酸代谢可能影响GLT-1功能：剧烈运动后辅助运动区GLT-1表达降低，伴随细胞外谷氨酸升高与乳酸水平变化；高脂饮食（HFD）下调星形胶质细胞GLT-1表达。生酮饮食（KD）作为特殊类型HFD已被证实具有抗癫痫作用，尽管可能下调GLT-1表达，但β-羟基丁酸（BHB）可通过提供替代能量、抑制神经元兴奋性抵消GLT-1减少的负面效应。这些发现提示乳酸修饰可能通过调控GLT-1表达或功能参与癫痫发病。

在GABA能系统中，白细胞介素-1β（IL-1β）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等炎症因子通过调制GABA受体亚基表达或突触定位加剧抑制性信号受损。研究发现，在慢性颞叶癫痫模型中，海马乳酸脱氢酶A（LDHA）表达增加伴随乳酸水平升高。临床研究进一步证实慢性神经元过度激活上调LDHA表达。IL-1β与TNF-α释放在乳酸积累条件下增强。LDHA介导的乳酸积累可能通过促进神经炎症破坏神经递质平衡。进一步研究揭示，H3K18la通过表观遗传调控促进小胶质细胞M1极化与TNF-α释放，加重神经炎症反应。TNF-α下调γ-氨基丁酸A型受体（GABA_ARs）膜表面表达，并调制星形胶质细胞谷氨酸释放，改变局部兴奋性神经递质浓度，降低抑制性突触活性。这些变化可能进一步加剧癫痫发生过程，并促成“神经炎症-兴奋毒性”恶性循环。

2.2. 乳酸化通过神经炎症调控癫痫发生

癫痫发作期间，异常高频神经元放电诱导局部缺氧与乳酸积累。乳酸通过单羧酸转运体（MCTs）分泌至细胞外空间。小胶质细胞主要通过MCT1摄取乳酸后激活，释放IL-1β、TNF-α、IL-6等促炎细胞因子。这些细胞因子直接增强N-甲基-D-天冬氨酸受体（NMDAR）活性同时抑制GABA能传递，从而增加神经元兴奋性。此外，它们与星形胶质细胞上的IL-1受体（IL-1R）、TNF受体（TNFR）、IL-6受体（IL-6R）结合，激活NOD样受体蛋白3（NLRP3）炎症体、核因子κB（NF-κB）、Janus激酶2/信号转导与转录激活因子3（JAK2/STAT3）等信号通路，促进星形胶质细胞进一步释放促炎介质，形成神经炎症正反馈环，共同加剧癫痫发生。

近期研究发现乳酸化修饰通过动态修饰组蛋白与非组蛋白驱动神经炎症。例如，缺氧条件下小胶质细胞p53乳酸化可能通过上调IL-1β、TNF-α、IL-6表达增强脂多糖（LPS）诱导的促炎激活。转录因子阴阳1（YY1）乳酸化通过激活STAT3、C-C motif趋化因子配体5（CCL5）、干扰素调节因子1（IRF1）等炎症基因促进小胶质细胞释放促炎细胞因子。Zhang等首次报道组蛋白乳酸化，证明乳酸积累通过p300介导的H3K18la表观遗传调控炎症基因，直接驱动神经炎症信号。NF-κB激活促进神经炎症，炎症细胞因子增加神经元兴奋性、触发癫痫发作。在小胶质细胞中，H3K18la激活NF-κB通路，上调衰老相关分泌表型（SASP）关键促炎因子IL-6、IL-8分泌，从而加剧脑衰老与阿尔茨海默病进展。临床研究证实，高迁移率族蛋白B1（HMGB1）通过结合Toll样受体4（TLR4）与晚期糖基化终末产物受体（RAGE）激活NF-κB信号通路，促进小胶质细胞激活与炎症细胞因子释放，从而参与癫痫发病。乳酸化调制HMGB1释放与功能，进一步激活小胶质细胞、促进IL-1β与TNF-α分泌。通过NF-κB通路激活，乳酸化可能建立“神经炎症–神经元过度兴奋–癫痫发作”恶性循环。

2.3. 乳酸化通过突触可塑性失调调控癫痫发生

突触可塑性是神经系统适应环境变化的关键机制，主要涉及长时程增强（LTP）与长时程抑制（LTD）。生理条件下，谷氨酸通过激活NMDA受体诱导LTP、增强突触传递效能，而GABA通过GABA_B受体激活诱导LTD、降低突触传递效能。突触可塑性异常在癫痫发病中起关键作用，特征为谷氨酸能突触过度兴奋与GABA能抑制减弱。

突触相关蛋白是调控突触传递与可塑性的关键分子，其失调是癫痫发生的核心。例如，突触前蛋白Synapsin-1突变或异常表达增加突触前谷氨酸释放、促进神经元过度兴奋。类似地，突触后支架蛋白突触后密度蛋白95（PSD-95）失调导致突触后受体功能障碍、损害突触可塑性。此外，NMDA受体亚基GluN2B上调与癫痫相关突触可塑性异常密切关联，进一步加剧神经元兴奋性失衡。

神经元兴奋活动（如电刺激或癫痫发作）提升乳酸水平，诱导蛋白乳酸化，随后调控神经元代谢、突触可塑性与基因表达。研究表明，体育锻炼增强糖酵解活性、增加皮质乳酸水平。乳酸作为底物通过乳酸化调制突触相关蛋白（如PSD-95、Synapsin-1）功能，从而增强突触可塑性（如LTP）。抑制乳酸产生或乳酸化可逆转锻炼对突触可塑性的保护效应。此外，乳酸输注实验证实乳酸化显著增强海马组织突触相关蛋白（如BDNF、PSD-95）功能，促进突触可塑性。这些发现提示乳酸化可能通过调控突触相关蛋白功能介导癫痫中的突触可塑性。

2.4. 乳酸化通过能量代谢机制调控癫痫发生

癫痫发作期间，神经元异常高频放电导致能量需求剧增，触发代谢重编程。神经元与星形胶质细胞通过加速糖酵解（Warburg效应）快速生成三磷酸腺苷（ATP），伴随显著乳酸积累。星形胶质细胞通过糖酵解产生乳酸，经MCT1、MCT4释放至细胞外空间。神经元通过MCT2摄取乳酸，将其转化为丙酮酸，用于三羧酸循环（TCA循环）生成ATP。小胶质细胞主要通过MCT1摄取乳酸，激活缺氧诱导因子1-α/核因子κB（HIF-1α/NF-κB）信号轴，从而调控神经炎症反应。尽管MCTs介导的乳酸穿梭机制可满足短期能量需求，但慢性激活导致线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）抑制、乳酸-丙酮酸比率失衡，加剧神经元能量危机与氧化应激。乳酸积累诱导微环境酸化（pH降低），通过激活酸敏感离子通道1a（ASIC1a）、抑制电压门控钠（Nav）通道双向调制神经元兴奋性。酸性环境进一步降低γ-氨基丁酸A型（GABA_A）受体介导的抑制，同时通过瞬时受体电位香草素1（TRPV1）通道激活增强神经元兴奋性，从而破坏神经网络稳态。

癫痫发作诱导局部缺氧激活HIF-1α，后者上调糖酵解通路增强LDHA活性、促进乳酸积累。除作为代谢副产物外，乳酸功能作为表观遗传调制器。HIF-1α上调H3K18la促进YTH N6-甲基腺苷RNA结合蛋白2（YTHDF2）表达，从而通过线粒体自噬介导的重编程调制代谢。LDHA不仅催化乳酸产生，还通过组蛋白乳酸化上调HMGB1表达，促进脑缺血再灌注损伤中的细胞焦亡。类似机制在胰腺导管腺癌（PDAC）细胞中得到验证：增强的糖酵解通过LDHA-H3K18la轴激活癌基因。在阿尔茨海默病模型中，小胶质细胞表现出增加的H4K12la，富集于糖酵解基因（如丙酮酸激酶M，PKM）启动子区，形成H4K12la-PKM2正反馈环，加剧小胶质细胞功能障碍。这些发现凸显了乳酸代谢与表观遗传调控在神经病理条件下的广泛交叉对话。临床研究证明癫痫患者脑脊液乳酸水平与发作频率正相关。动物研究表明癫痫持续状态（SE）使海马乳酸浓度增加3–5倍。当前研究整合证据表明，癫痫发作增强糖酵解，导致乳酸与活性氧（ROS）水平升高。乳酸介导的乳酸化修饰通过表观遗传机制进一步上调糖酵解相关基因表达，形成代谢-表观遗传正反馈环。该环持续加剧线粒体功能障碍与ROS过度产生，最终导致不可逆氧化损伤与神经元死亡。该级联反应共同构成慢性癫痫进展的核心病理生理机制。

3. 靶向乳酸化的干预策略

作为一种新型翻译后修饰，乳酸化调控基因表达、突触可塑性与神经炎症，使其成为癫痫的潜在治疗靶点。以下总结几种干预策略：

3.1. 调控乳酸产生与代谢

乳酸化核心底物为乳酸，因此调控乳酸产生与代谢成为直接干预策略。LDH是催化丙酮酸转化为乳酸的关键酶。LDH抑制剂（如Gossypol、FX11）在肿瘤模型中显著降低乳酸水平及相关组蛋白乳酸化。研究表明靶向抑制LDH可有效调制癫痫发作：临床研究证实抗癫痫药司替戊醇（stiripentol）及其衍生物通过抑制LDH生成异丁香酚，在小鼠海人酸癫痫模型中展示显著疗效。Rho等进一步证实LDH抑制作为癫痫治疗策略的潜力。近期研究揭示α-细辛醚衍生物展示双重LDH抑制与抗惊厥活性，而海马内给予LDH抑制剂草酸盐有效抑制颞叶癫痫发作。糖酵解代表乳酸生成主要途径。抑制关键糖酵解酶（包括LDH、己糖激酶（HK）、丙酮酸脱氢酶激酶（PDK）、丙酮酸激酶M2（PKM2）、6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2,6-二磷酸酶3（PFKFB3））可有效减少乳酸产生。例如，PKM2抑制剂破坏糖酵解H4K12la-PKM2正反馈环，降低乳酸与H4K12la水平，同时改善阿尔茨海默病小鼠模型的神经炎症与认知功能。单羧酸转运体（MCTs）介导跨膜乳酸转运。AZD3965作为双MCT1/MCT2抑制剂在肿瘤模型中展示潜在疗效，可能通过阻断乳酸摄取降低乳酸化水平。

3.2. 靶向乳酸化酶系

乳酸化催化机制尚未完全阐明，但研究表明p300/CBP乙酰转移酶可能参与。作为已知组蛋白乙酰转移酶，p300/CBP可能通过催化乳酸化调控基因表达。小分子抑制剂（如C646）可抑制p300/CBP活性、减少乳酸化。例如，C646通过抑制HMGB1乳酸化减轻肝缺血再灌注损伤中的炎症反应。组蛋白去乙酰化酶（HDACs）与sirtuins（SIRTs）可能参与乳酸化“擦除”。SAHA（HDAC抑制剂）与白藜芦醇（SIRT1激活剂）在各种疾病模型中展示调制乳酸化潜力。尽管SAHA增加组蛋白乙酰化并可能 consequently 影响乳酸化，但HDAC抑制在激活的CD8⁺ T细胞中提升H3K18la水平。值得注意的是，SAHA通过抑制LDHA活性与糖酵解改善炎症、提高脓毒症小鼠存活率。然而，其背景依赖性效应可能矛盾地增强乳酸化，需谨慎治疗评估。

3.3. 调制乳酸化底物与效应分子

乳酸化上调促炎基因表达，而神经炎症在癫痫中起关键作用。靶向炎症信号通路可能减轻癫痫发生过程。例如，IL-1β抑制剂（如IL-1受体拮抗剂（IL-1Ra））在癫痫模型中显著降低发作频率与严重度。乳酸化通过激活NF-κB通路驱动炎症反应。癫痫发作后，小胶质细胞与星形胶质细胞中NF-κB通路显著激活。BAY 11–7082作为NF-κB抑制剂在癫痫模型中展示抗炎与抗癫痫效应。此外，给予HMGB1抑制剂（如甘草酸）或阻断HMGB1受体（包括TLR4、RAGE）可能减轻癫痫相关炎症与氧化损伤。

3.4. 代谢干预与饮食调控

代谢状态直接影响乳酸水平，使代谢干预与饮食调控成为调制乳酸化的间接策略。生酮饮食改变能量代谢通路，减少糖酵解与乳酸产生，可能降低乳酸化水平。生酮饮食在癫痫模型中展示抗发作效应，尽管是否通过乳酸调制起作用尚不明确。二甲双胍作为常用抗糖尿病药，通过抑制线粒体呼吸链复合物I减少乳酸产生，可能间接调控乳酸化。代谢干预调制乳酸化的精确机制仍未完全理解，需进一步研究。

collectively，通过多通路靶向乳酸化抑制的治疗策略展示显著临床潜力。尽管现有研究证实某些药理制剂与干预对乳酸化修饰及相关癫痫发作的调控效应，关键机制与转化问题仍未解决。需进一步研究验证其在癫痫管理中的治疗适用性。

4. 结论与未来展望

乳酸化作为一种新兴翻译后修饰机制，通过调控基因表达、突触可塑性与神经炎症在癫痫发生中起关键作用。本综述系统总结其分子机制与潜在治疗策略，包括调制乳酸代谢、靶向乳酸化修饰酶、调控底物与效应分子、代谢干预等。临床前研究表明，抑制LDH或MCTs可显著降低癫痫动物模型的发作频率与严重度。关键的是，乳酸不仅作为代谢副产物，更作为关键生理信号分子，需精心平衡治疗策略以调制乳酸化水平控制发作，同时保留必需乳酸介导的信号功能。然而，这些发现转化至临床实践面临多项挑战，包括需大规模、多中心临床试验确认疗效与安全性。此外，脑脊液（CSF）乳酸水平已被证明与癫痫患者发作频率、严重度正相关，未来研究应调查CSF或外周血乳酸化生物标志物（如H3K18la）与临床表型（如耐药性、发作类型）的关联，以指导个性化治疗策略。开发乳酸化特异性抑制剂（如p300/CBP抑制剂）或激活剂（如SIRT1激活剂）可能提供新治疗途径，而未来研究应探索结合乳酸化靶向方法与常规抗癫痫药以优化治疗效能。尽管存在挑战，靶向乳酸化修饰代表开发创新癫痫治疗的有前景策略。