《Nature Communications》：TIGAR regulates intestinal mucus barrier integrity by inhibiting lactylation of G6PD/6PGD in ulcerative colitis
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溃疡性结肠炎（UC）中，氧化应激和代谢紊乱是关键。本研究揭示了TIGAR如何通过抑制NADPH合成酶G6PD/6PGD的乳酸化，维持酶活性，保障NADPH和还原力供应，从而缓解氧化应激。该机制最终保护了黏液蛋白MUC2成熟和肠道黏液屏障，为UC治疗提供了新的靶点。
在我们的肠道表面，覆盖着一层至关重要的黏液屏障，这层屏障如同保护肠壁的“润滑液”和“防护罩”，主要由杯状细胞分泌的黏液蛋白MUC2构成。当这道屏障受损，肠道内的有害物质和微生物便能长驱直入，攻击肠壁细胞，引发持续的炎症。溃疡性结肠炎（Ulcerative Colitis, UC）就是这样一种慢性的、病因复杂的肠道炎症性疾病，其特征之一就是黏液屏障的缺失或功能不全。科学家们早已知道，在UC的发展过程中，肠道杯状细胞承受着巨大的氧化应激压力，其内部的代谢活动也出现了紊乱。然而，连接代谢异常、氧化应激与黏液屏障破坏这三者之间的具体分子桥梁，却始终扑朔迷离。
一项名为TIGAR的蛋白进入了研究人员的视野。TIGAR以其调节糖酵解、促进还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）生成、从而帮助细胞抵抗氧化应激的潜力而闻名。NADPH是细胞对抗氧化损伤的关键“弹药”和还原力来源。尽管TIGAR在UC中表达下调，但其究竟如何调控NADPH的合成，又如何具体影响UC的病理进程，特别是黏液屏障的完整性，仍然是一个未解之谜。为了回答这些问题，研究人员在《Nature Communications》上发表了一项研究，深入揭示了TIGAR通过一个新颖的翻译后修饰机制，守护肠道黏液屏障的完整故事。
为了开展这项研究，研究者们运用了多项关键技术。他们构建了TIGAR条件性敲除小鼠模型，以模拟UC中TIGAR低表达的状态，并结合葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的结肠炎模型来研究病理过程。在机制探索上，研究利用了乳酸化修饰组学分析来筛选靶点，通过点突变、蛋白质免疫共沉淀、邻近标记、荧光共振能量转移等技术验证了G6PD和6PGD的乳酸化位点及其对酶活性和蛋白互作的影响。体外实验采用了人结肠癌细胞系和原代小鼠结肠类器官进行功能验证。此外，蛋白质印迹、免疫荧光染色、酶活检测、代谢物测定等常规分子生物学技术也被广泛应用于表型与机制分析。
TIGAR缺失通过促进G6PD和6PGD乳酸化损害其酶活性
研究人员首先在UC小鼠模型和患者样本中确认，TIGAR的表达确实显著降低。当在小鼠肠上皮细胞中特异性敲除TIGAR后，他们发现肠道炎症加剧，黏液屏障严重受损，杯状细胞数量减少，成熟MUC2蛋白水平下降。深入机制探究发现，TIGAR的缺失导致细胞内的乳酸水平升高。这些过量的乳酸并非无关产物，它们作为一种前体，在组蛋白乳酸转移酶p300的催化下，对两种关键的NADPH合成酶——葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶（6PGD）进行了修饰，即乳酸化。质谱分析精准定位了G6PD的第432位赖氨酸（K432）和6PGD的第38位赖氨酸（K38）是主要的乳酸化位点。这种修饰带来了破坏性后果：G6PD的乳酸化阻碍了其形成有活性的同源二聚体；而6PGD的乳酸化则削弱了其与辅酶NADP+的结合能力。两者共同作用，显著抑制了G6PD和6PGD的酶活性，导致NADPH的合成大幅减少。
NADPH减少导致氧化应激加剧并破坏Trx1还原酶系统
NADPH的匮乏引发了一系列连锁反应。作为细胞抗氧化系统的核心还原力供体，NADPH的减少直接导致活性氧（ROS）水平在杯状细胞内飙升，氧化应激急剧恶化。更重要的是，NADPH是硫氧还蛋白还原酶1（Trx1）发挥功能所必需的。Trx1是一个重要的氧化还原调节蛋白，其还原态可修复被氧化的蛋白。研究发现，在TIGAR缺失的情况下，由于NADPH不足，Trx1的还原酶活性显著降低，其整个氧化还原调节系统陷入瘫痪。
Trx1失活触发AGR2 S-亚硝基化并抑制MUC2成熟
瘫痪的Trx1系统带来了一个关键下游事件。研究人员发现，黏液蛋白加工过程中的一个关键酶——前缘样蛋白2（AGR2）成为了目标。在氧化应激环境下，一氧化氮（NO）衍生的活性氮物种会导致蛋白质发生S-亚硝基化修饰。正常情况下，活性的Trx1能够去亚硝基化，保护AGR2。但当Trx1失活后，AGR2蛋白的特定位点发生了显著的S-亚硝基化。这种修饰直接抑制了AGR2的酶活性。AGR2在内质网中对MUC2蛋白的正确折叠和成熟至关重要。AGR2被“锁住”后，MUC2蛋白无法正常加工成熟，大量滞留在内质网中，无法被分泌出去形成有效的黏液屏障，这最终导致了肠道黏膜保护的崩溃。
恢复TIGAR或抑制乳酸化可缓解结肠炎
为了验证这一通路的治疗潜力，研究人员进行了回补实验。他们在TIGAR缺陷的结肠炎小鼠中，通过病毒载体重新表达TIGAR，或者使用p300的抑制剂来阻断乳酸化修饰。这两种干预手段都取得了显著效果：它们恢复了G6PD和6PGD的活性，增加了NADPH水平，减轻了氧化应激，最终促进了AGR2活性和MUC2成熟，修复了黏液屏障，并有效缓解了结肠炎的严重程度。
本研究系统性地阐明了一条从代谢紊乱到黏液屏障破坏的完整信号通路。在溃疡性结肠炎的病理环境下，持续低表达的TIGAR导致细胞内乳酸累积，进而通过p300介导的乳酸化修饰，抑制了G6PD和6PGD这两个关键NADPH合成酶的活性。NADPH的耗竭一方面直接加剧氧化应激，另一方面通过使Trx1还原酶系统失活，导致黏液加工酶AGR2发生功能抑制性的S-亚硝基化修饰，最终阻碍MUC2成熟，瓦解肠道黏液屏障。这项研究不仅首次揭示了蛋白质乳酸化修饰在UC发病中的直接致病角色，将代谢产物乳酸、氧化还原稳态与蛋白质翻译后修饰精密地联系起来，而且明确了TIGAR-G6PD/6PGD-NADPH-Trx1-AGR2-MUC2这一全新的调控轴。该发现为理解UC的发病机制提供了全新的视角，并提示通过靶向TIGAR或抑制特定蛋白质乳酸化，有望成为治疗溃疡性结肠炎的新策略。
