乳酸通过H4K5乳酰化增强IL-10转录并促进缺血性脑卒中后A2样反应性星形胶质细胞表型

《Neurobiology of Disease》：Extracellular lactate enhances IL-10 transcription via H4K5 lactylation and promotes an A2-like reactive-astrocyte phenotype after ischemic stroke

　　

细胞外乳酸通过H4K5乳酰化增强IL-10转录并促进缺血性脑卒中后A2样反应性星形胶质细胞表型 乳酸使反应性星形胶质细胞向A2样抗炎状态转变。 乳酸通过抑制YAP1/SOCS3通路激活STAT3。 乳酸通过抑制SIRT1增加IL-10启动子H4K5乳酰化水平。 H4K5乳酰化促进STAT3占据并增强IL-10转录。 在再灌注阶段给予乳酸可减轻梗死损伤和神经炎症。

论文解读文章

研究背景与科学问题

缺血性脑卒中是全球第二大致死原因和主要致残因素，急性期干预手段包括静脉溶栓和血管内治疗，但许多患者治疗后仍出现神经功能障碍。卒中后的神经炎症是继发性神经元损伤的关键驱动因素。反应性星形胶质细胞（RACs）在卒中后可极化为两种表型：神经毒性的A1型和神经保护性的A2型。A1型RACs上调补体成分（如C1r、C1s、C3），加剧神经损伤；而A2型RACs则上调修复性介质，包括缺氧诱导因子、白细胞介素-10（IL-10）和血小板反应蛋白，促进神经血管单元重塑。促进RACs向A2型极化已成为抑制卒中后继发损伤的重要策略。

脑缺血后，RACs糖酵解活性增强，产生大量L-乳酸（乳酸），其浓度从生理水平的1-3 mM迅速升至10-50 mM。乳酸既可作为能量底物，也可作为信号分子调节信号转导。研究表明乳酸的作用具有时间依赖性：缺血期加重损伤，再灌注期发挥神经保护作用，但其机制尚不完全清楚。此外，乳酸作为赖氨酸氧化修饰的主要底物，参与组蛋白和非组蛋白的翻译后修饰——乳酰化（lactylation）。然而，关于RACs中乳酰化的系统研究仍然有限，尤其是哪些组蛋白位点发生乳酰化修饰、如何精准靶向IL-10启动子、以及乳酰化的“擦除酶”如何调控RACs表型转化等关键问题尚未解决。因此，本研究旨在系统阐明乳酸通过乳酰化修饰调控RACs A2样极化的分子机制。

研究方法概述

研究人员采用成年雄性Sprague Dawley（SD）大鼠建立大脑中动脉闭塞（MCAO）模型，并在再灌注后立即腹腔注射乳酸钠（2 g/kg体重）。同时分离新生SD大鼠皮层进行原代RACs培养，并用人胎儿星形胶质细胞系HA1800进行机制验证。关键技术方法包括：TTC染色评估梗死面积、Western blotting（WB）检测蛋白表达、免疫荧光（IF）共定位分析、ELISA定量IL-10蛋白水平、RT-qPCR检测基因表达、染色质免疫沉淀（ChIP）分析组蛋白修饰及转录因子结合、双荧光素酶报告基因实验验证转录调控、以及免疫共沉淀（Co-IP）检测泛素化水平。

研究结果

3.1 乳酸在体内诱导缺血性脑卒中后RACs向A2样表型转换

研究发现，与假手术组相比，MCAO大鼠缺血半球的乳酸浓度显著升高，而再灌注后立即腹腔注射外源性乳酸进一步增加了同侧组织的乳酸水平。TTC染色显示，乳酸处理显著减少了梗死面积，且效果持续至5天。WB分析表明，MCAO后缺血半球中A1标志物C3表达显著升高，而乳酸处理明显降低其表达；相反，A2标志物S100钙结合蛋白A10（S100A10）和IL-10的表达在MCAO后下调，乳酸处理后显著上调。IF共定位分析进一步证实，乳酸注射降低了GFAP⁺RACs中C3⁺细胞的比例和数量，同时增加了S100A10⁺和IL-10⁺细胞的占比。此外，乳酸注射显著逆转了MCAO引起的p-STAT3表达下降，表明乳酸可激活STAT3信号通路。

3.2 乳酸通过MCT1转运进入RACs并促使其向A2样抗炎表型转变

在原代RACs和HA1800细胞中，研究人员模拟缺血低氧微环境（2% O₂）并给予梯度浓度乳酸处理。WB和IF结果显示，低氧本身可轻度降低C3表达，而乳酸处理进一步增强了这一效应，并以20 mM浓度效果最佳。乳酸还显著上调了S100A10和IL-10的表达，同时降低了促炎因子TNF-α的水平。乳酸摄取实验表明，外源性乳酸以剂量依赖方式被RACs摄取，且单羧酸转运蛋白1（MCT1）在低氧和乳酸处理后表达升高。使用MCT1抑制剂AR-C155858可阻断乳酸摄取，并逆转乳酸诱导的C3下调、S100A10和IL-10上调，证明MCT1介导的乳酸摄取是RACs极化的必要前提。

3.3 外源性乳酸激活STAT3信号并促进RACs中IL-10表达

WB分析显示，20 mM乳酸处理显著提高了原代RACs总蛋白和核蛋白中p-STAT3的水平，IF也证实了p-STAT3的核定位增加。MCT1抑制剂AR-C155858可阻断乳酸对p-STAT3的上调作用。使用STAT3特异性抑制剂Stattic（2.5 μM）可消除乳酸诱导的p-STAT3升高，并逆转极化标志物的变化：C3表达回升，S100A10和IL-10表达受抑。这表明乳酸通过MCT1依赖方式激活STAT3信号，进而调控RACs极化和IL-10表达。

3.4 乳酸通过YAP1/SOCS3轴解除SOCS3对STAT3的抑制

研究发现，乳酸处理可降低原代RACs中Yes相关蛋白1（YAP1）的蛋白水平，同时增加其泛素化水平，而mRNA水平无显著变化，提示乳酸通过促进YAP1泛素化降解来下调其表达。YAP1的敲低（KD）可增加细胞因子信号传导抑制因子3（SOCS3）的表达，而YAP1过表达（OE）则降低SOCS3水平。双荧光素酶报告实验和ChIP分析证实，YAP1可直接结合SOCS3启动子并抑制其转录。进一步实验表明，SOCS3是STAT3的负调控因子：SOCS3 OE可降低p-STAT3水平并逆转乳酸诱导的A2样极化。综上，乳酸通过促进YAP1泛素化降解，解除其对SOCS3的转录抑制，从而减少SOCS3对STAT3的抑制作用，最终激活STAT3信号。

3.5 乳酸通过抑制SIRT1提高H4K5乳酰化水平并促进IL-10转录

研究人员发现，乳酸处理可降低RACs中去乙酰化酶SIRT1的蛋白水平。由于SIRT1已知具有去乳酰化酶活性，他们进一步检测了组蛋白乳酰化水平。WB结果显示，乳酸处理显著增加了H4K5位点的乳酰化（H4K5la），而对其他位点影响较小。SIRT1的敲低可模拟乳酸对H4K5la的上调作用，而SIRT1过表达则抑制了这一效应。ChIP实验表明，乳酸处理增加了IL-10启动子区域的H4K5la富集，同时促进了STAT3在该区域的结合。双荧光素酶报告实验证实，STAT3可直接结合IL-10启动子并激活其转录。此外，SIRT1敲低可进一步增强STAT3在IL-10启动子的占位，而SIRT1过表达则削弱之。这些结果表明，乳酸通过抑制SIRT1，减少其对H4K5的去乳酰化作用，从而增加IL-10启动子区域的H4K5la水平，进而促进STAT3的结合和IL-10的转录。

3.6 乳酸在再灌注期给药可减轻梗死损伤和神经炎症

在动物模型中，乳酸处理不仅减少了梗死面积，还显著降低了缺血半球中促炎因子TNF-α和IL-1β的水平，同时增加了抗炎因子IL-10的表达。免疫荧光分析进一步证实，乳酸处理减少了缺血皮质中离子钙接头蛋白1（Iba1）阳性小胶质细胞的数量和活化程度，表明乳酸通过调控RACs极化间接抑制了小胶质细胞介导的神经炎症。

讨论与结论

本研究的核心发现揭示了乳酸通过代谢-表观遗传串扰调控RACs免疫表型的全新机制。具体而言，缺血后升高的乳酸通过MCT1进入RACs，一方面促进YAP1的泛素化降解，解除YAP1对SOCS3的转录抑制，从而激活STAT3信号；另一方面，乳酸抑制SIRT1的表达，导致IL-10启动子区域H4K5乳酰化水平升高，为STAT3提供更多的结合位点，最终形成“乳酸/SIRT1/H4K5la/IL-10”正反馈调控环路，驱动RACs向抗炎的A2样表型转化。

研究结论指出，在缺血性脑卒中的再灌注阶段给予外源性乳酸，可通过上述机制有效减轻梗死损伤和神经炎症。这一发现不仅阐明了乳酸在卒中后神经保护中的新角色，也为基于乳酰化修饰的靶向干预提供了理论依据——即通过调节乳酰化平衡促进内源性抗炎反应，而非单纯依赖外源性抗炎药物。