《Clinical and Translational Medicine》：Lactate metabolism and protein lactylation in programmed cell death: From novel mechanism to therapeutic strategies in human diseases
蛋白质乳酸化是一种新近鉴定的翻译后修饰（post-translational modification, PTM），能够反映细胞代谢状态。该修饰在调控基因表达及维持关键细胞功能中发挥重要作用。乳酸化修饰的失调已被 implicated 于多种人类疾病的发生与进展。程序性细胞死亡（programmed cell death, PCD）是决定细胞应对内外应激时命运的基本生物学机制。尽管乳酸化与PCD最初被视为不同的生物学过程，但近期研究表明，乳酸化直接调控参与多种PCD模式的關鍵转录与信号通路，从而在病理条件下重塑细胞死亡调控网络。然而，乳酸化在人类疾病不同形式PCD中的调控作用尚未被完全阐明。本综述总结了揭示组蛋白及非组蛋白乳酸化如何调控主要PCD通路的新进展，并阐述了乳酸化介导细胞死亡程序控制的分子机制。此外，研究人员还探讨了乳酸化相关调控因子作为疾病预测生物标志物及治疗干预靶点的潜力。现有研究表明，乳酸化在病理条件下重塑PCD调控回路，乳酸化相关分子在疾病预测候选生物标志物及可干预治疗靶点方面展现出巨大潜力。总体而言，本综述加深了对蛋白质乳酸化如何影响程序性细胞死亡的理解，并为利用乳酸化依赖性机制开发靶向治疗提供了新见解。
1 引言
蛋白质乳酸化是一种新近鉴定的翻译后修饰（post-translational modification, PTM），源自细胞乳酸代谢。最初被发现为影响基因表达的组蛋白修饰，随后被认识到是一种影响多种生物学过程的更广泛调控机制，包括免疫调节、代谢适应和细胞稳态。该修饰通过向赖氨酸残基添加乳酸基团发生，主要由p300等乙酰转移酶催化。近期研究表明，乳酸化延伸至组蛋白以外的非组蛋白，从而影响关键信号通路，包括调控程序性细胞死亡（programmed cell death, PCD）的通路。PCD是维持组织稳态和清除受损或异常细胞的基本机制，是理解乳酸化对这些通路调控影响的关键靶点，可能为疾病机制和治疗策略提供新见解。
PCD涵盖多种严密调控的细胞过程，包括凋亡、坏死性凋亡、焦亡和铁死亡，每种形式在生理和病理背景下发挥不同作用。凋亡是由半胱天冬酶级联介导的非炎症性细胞死亡形式，对组织稳态和免疫监视至关重要。相比之下，坏死性凋亡和焦亡是与炎症反应相关的溶解性细胞死亡形式，分别由受体相互作用蛋白激酶（receptor-interacting protein kinases, RIPKs）和炎症小体触发。铁死亡以铁依赖性脂质过氧化为特征，与神经退行性疾病、癌症和缺血再灌注损伤相关。新出现的证据表明，乳酸化通过调控关键信号分子来调节这些通路，从而影响细胞命运决定。例如，乳酸化可能改变参与凋亡和铁死亡的蛋白质的稳定性或活性，从而影响疾病进展。探索乳酸化在这些通路中的功能意义，可能揭示连接代谢转变与细胞死亡和炎症的新型调控机制。
本综述旨在全面概述乳酸化在PCD中的作用及其对人类疾病发展的影响。研究人员将检视其分子机制、对疾病发病机制的意义以及作为治疗靶点的潜力。通过整合当前发现，本综述旨在突出乳酸化作为细胞死亡通路中连接健康和疾病中代谢适应与细胞信号传导的新型调控节点。
2 乳酸的产生、转运与穿梭
2.1 乳酸的产生与清除
乳酸主要通过糖酵解产生。在有氧条件下，丙酮酸进入线粒体进行氧化磷酸化；在低氧或代谢需求升高时，丙酮酸被乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase, LDH）还原为乳酸，在氧供应不足时维持ATP产生。在肿瘤细胞中，即使在有氧条件下糖酵解仍保持升高，这一现象被称为Warburg效应，产生的乳酸过剩支持快速增殖。
谷氨酰胺是肿瘤细胞中关键的氮供体和能量中间体，通过超越经典糖酵解途径的途径促进乳酸产生。肿瘤细胞通过谷氨酰胺酶（glutaminase, GLS）将谷氨酰胺转化为谷氨酸，谷氨酸随后通过谷氨酸脱氢酶（glutamate dehydrogenase, GDH）或转氨酶（transaminase, TA）转化为α-酮戊二酸（alpha-ketoglutarate, alpha-KG）。在三羧酸（TCA）循环中，alpha-KG通过氧化还原反应驱动ATP合成，谷氨酰胺来源的碳逐步通过草酰乙酸代谢为苹果酸。苹果酸转运至细胞质后，被苹果酸酶（malic enzyme, ME1）转化为丙酮酸，随后被LDH还原为乳酸，从而在谷氨酰胺分解与肿瘤糖酵解表型之间建立直接联系。
尽管糖酵解和谷氨酰胺分解通常被视为细胞内乳酸和蛋白质乳酸化的主要代谢来源，新出现的证据表明乳酸化并非仅由这些经典途径控制。细胞外乳酸可通过单羧酸转运蛋白（monocarboxylate transporters, MCTs）导入，从而塑造细胞内乳酸稳态，乳酸也可通过HCAR1/GPR81等受体作为信号分子发挥作用。除底物可用性外，乳酸化受写入酶（包括p300/CBP、HBO1、AARS1和KAT2A）以及擦除酶（如HDAC1–3、SIRT1和SIRT3）的动态调控，表明该修饰受酶促控制，并非严格与糖酵解通量偶联。值得注意的是，乙二醛酶途径的中间体S-D-乳酰谷胱甘肽可通过S-to-N酰基转移独立于乳酸浓度和经典酶促催化，诱导赖氨酸残基的非酶促D-乳酸化。此外，在生理条件下，主要的组蛋白乳酸化异构体是来源于糖酵解相关L-乳酸的L-乳酰赖氨酸（Kla），而D-乳酸化和Nε-羧乙基赖氨酸（Kce）主要源于乙二醛酶系统受损时产生的反应性代谢中间体。因此，乳酸化应被视为经典代谢供应、细胞外乳酸转运、酶促写入与擦除以及反应性中间体非酶促化学修饰的综合输出，而非糖酵解活性的简单替代指标。
乳酸清除主要通过两条途径进行。肝脏糖异生，即Cori循环，将乳酸回收为葡萄糖，为大脑、心肌和骨骼肌等高能量需求组织补充全身葡萄糖储备。或者，乳酸脱氢酶B（lactate dehydrogenase B, LDHB）将乳酸转化为丙酮酸，丙酮酸进入线粒体通过丙酮酸脱氢酶复合物和TCA循环氧化，确保不可逆清除同时最大化能量提取。
2.2 乳酸转运与穿梭
乳酸现在被公认为既是能量底物，也是参与代谢调节、免疫反应和肿瘤微环境调节的信号分子。其跨膜转运主要由单羧酸转运蛋白MCT1和MCT4介导。1985年Brooks提出的乳酸穿梭理论描述了糖酵解细胞（通过MCT4输出乳酸）与氧化细胞（通过MCT1输入乳酸进行线粒体氧化）之间的代谢偶联。
乳酸穿梭发生在细胞间和细胞内水平。细胞间，骨骼肌、大脑和心肌中的糖酵解细胞通过MCT4输出乳酸，而氧化细胞通过MCT1输入乳酸进行TCA循环氧化。细胞内，乳酸被转运至线粒体，LDHB将其转化为丙酮酸，将糖酵解与有氧呼吸偶联。
在肿瘤微环境中，乳酸穿梭支持反向Warburg效应：癌症相关成纤维细胞（cancer-associated fibroblasts, CAFs）经历糖酵解重编程并通过MCT4输出乳酸，肿瘤细胞通过MCT1将其作为代谢燃料输入。
2.3 乳酸的生理作用
乳酸除作为代谢中间体外还发挥多种生理功能。它参与全身能量再分配：运动时，快收缩糖酵解肌纤维产生的乳酸通过血流被运输至心脏、肝脏和大脑等氧化组织，作为高效燃料来源。在大脑中，星形胶质细胞-神经元乳酸穿梭（astrocyte-neuron lactate shuttle, ANLS）为神经元提供星形胶质细胞来源的乳酸以支持突触活动。乳酸还通过GPR81/HCAR1（一种G蛋白偶联受体）作为信号分子，抑制脂肪细胞中环磷酸腺苷（cyclic AMP, cAMP）的产生，从而调节脂质代谢。免疫细胞和内皮细胞上的GPR81表达进一步将乳酸与炎症和血管调节联系起来。在免疫系统中，乳酸以浓度和背景依赖的方式调节免疫细胞极化和功能。微环境中升高的乳酸水平可抑制巨噬细胞和树突状细胞的促炎反应，同时促进调节性T细胞（regulatory T cell, Treg）分化。这些效应在肿瘤微环境中尤为明显，高乳酸浓度有助于免疫逃逸和肿瘤进展。同样，在炎症或感染组织中，乳酸积累作为解决过度炎症和启动组织修复的信号。此外，乳酸通过稳定HIF-1α和上调VEGF促进血管生成和伤口愈合，支持缺血损伤后的组织再生。
3 乳酸化是一种新发现的翻译后修饰
3.1 蛋白质乳酸化修饰的发现
蛋白质乳酸化是一种新型赖氨酸PTM，由两个独立研究团队分别于2019年和2020年提出，分别聚焦于组蛋白和代谢酶。这一发现标志着乳酸代谢研究进入连接表观遗传学和信号转导的新时代。Zhang等人于2019年在《Nature》上首次系统表征了该修饰。该研究旨在探讨细胞代谢状态转换是否通过特定PTM影响转录调控。研究人员以脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）刺激的小鼠骨髓来源巨噬细胞（bone marrow-derived macrophages, BMDMs）为模型增强糖酵解和乳酸积累，采用高分辨率质谱鉴定组蛋白修饰。他们检测到一种质量偏移为+72.021 Da的新型赖氨酸修饰，后续通过同位素标记和代谢示踪实验确认其源自细胞内乳酸代谢。该修饰被命名为“乳酸化”，精确定位于组蛋白H3的多个赖氨酸位点（如H3K18、H3K23）。功能研究表明，乳酸化水平随乳酸积累而增加，尤其在M1向M2巨噬细胞转变过程中，伴随促修复基因（如Arg1）的上调。这些发现提示乳酸化在调节炎症后免疫状态转换中发挥作用。
2020年，Gaffney等人在《Cell Chemical Biology》上扩展了对乳酸化的理解。与Zhang团队聚焦于组蛋白介导的基因表达调控不同，该研究探讨了糖酵解酶的潜在乳酸化，并探究该修饰是否严格需要酶促催化。研究人员鉴定了乳酰谷胱甘肽（lactoylglutathione, LGSH），一种内源性代谢中间体，作为赖氨酸残基非酶促酰基转移反应的乳酰供体。通过稳定同位素标记、液相色谱-质谱联用和合成肽验证，他们定位了关键糖酵解酶上的乳酸化位点，并证明该修饰可能调节酶活性，提示糖酵解中存在潜在的负反馈机制。
这两项开创性研究从不同角度阐明了蛋白质乳酸化的机制和生物学功能，显著扩展了PTM研究范围。此外，它们为乳酸在癌症、代谢疾病和免疫反应等关键生理病理过程中的作用提供了新的分子见解。这一发现为探索乳酸在细胞内的多方面生物学功能开辟了新途径，并增进了对其在不同生物学背景下复杂作用的理解。
3.2 蛋白质乳酸化修饰位点的鉴定
组蛋白是染色质的重要结构组分，负责促进DNA的紧密包装和结构组织。在真核细胞中，DNA缠绕在组蛋白八聚体上形成核小体，即染色质的基本单位。除结构作用外，组蛋白是基因表达调控的核心。它们经历多种表观遗传修饰——包括甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化和乳酸化——动态调节转录激活、DNA复制、修复和细胞分化等关键生物学过程。Zhang等人在组蛋白乳酸化领域取得重大突破，鉴定出HeLa细胞中26个赖氨酸乳酸化位点和小鼠骨髓来源巨噬细胞中18个位点。尽管近期取得了进展，关键问题仍未解决——例如哪些染色体区域优先被组蛋白乳酸化标记，以及这些修饰调控哪些特定生物学过程。解决这些空白需要系统深入的调查，以充分理解组蛋白乳酸化的功能意义。
近年来，非组蛋白乳酸化修饰被持续鉴定，显示出多样的分布和修饰模式。Gaffney等人采用化学选择性蛋白质组学方法在HEK293T细胞中鉴定出350种乳酸化蛋白，大多数修饰位点定位于糖酵解酶，提示其在能量代谢调节中的关键作用。同时，Hagihara团队观察到社交挫败应激下小鼠前额叶皮层蛋白质乳酸化显著增加，尤其影响组蛋白H1。蛋白质组学分析揭示小鼠脑组织中有63种乳酸化蛋白，其中12种在应激下乳酸化水平显著升高，提示乳酸化与神经行为调节之间的潜在联系。除全局谱图外，研究开始揭示单个功能蛋白上乳酸化的机制。例如，Xiong等人发现RNA甲基转移酶甲基转移酶样3（methyltransferase-like 3, METTL3）的赖氨酸281和345残基在HEK293T细胞中发生乳酸化，增强其与m6A修饰RNA的结合亲和力，为乳酸化在表观遗传调控中的作用提供了分子见解。总之，这些发现强调了非组蛋白乳酸化在调控多种生理和细胞过程中的进化保守性和功能重要性。
3.3 蛋白质乳酸化修饰的“写入器”和“擦除器”
蛋白质乳酸化是一种可逆的翻译后修饰，涉及乳酰基共价连接至赖氨酸残基的ε-氨基。与其他类型的赖氨酸酰化类似，该过程受添加乳酰基的“写入器”和移除乳酰基的“擦除器”动态调控。乳酸化的“写入器”主要是赖氨酸乙酰转移酶（lysine acetyltransferases, KATs），利用乳酰辅酶A作为供体分子，将乳酰基转移至组蛋白和非组蛋白上的赖氨酸残基。p300/CBP家族的成员，以及KAT8和TIP60，已被鉴定具有乳酰转移酶活性。此外，传统上参与氨酰tRNA合成的酶如AARS1和AARS2，分别被报道在细胞质和线粒体区室中催化乳酸化。
细胞内乳酰辅酶A的丰度和亚细胞分布受到动态调控，从而影响乳酰辅酶A依赖性写入器的活性。Varner等人首次定量了哺乳动物细胞中的乳酰辅酶A，报道其浓度比乙酰辅酶A低20至350倍。此后鉴定出两种核乳酰辅酶A合成酶。ACSS2将乳酸转化为乳酰辅酶A，并在ERK介导的Ser267磷酸化后转位至细胞核，与乳酰转移酶KAT2A组装驱动组蛋白H3乳酸化。GTPSCS是第二种核合成酶，与p300相互作用促进H3K18乳酸化；其核积累依赖于NLS介导的导入和G2亚基Lys73的乙酰化。因此，乳酰辅酶A的产生不仅仅是总乳酸水平的函数。它可以通过信号依赖性核募集特定合成酶在染色质上空间组织。除酶促合成外，乳酰辅酶A还可通过非经典途径形成：乳酰谷胱甘肽（LGSH）经历S-to-S酰基转移至游离辅酶A，独立于经典合成酶活性生成乳酰辅酶A。此外，乳酸化并非普遍需要乳酰辅酶A，因为HDAC1-3可直接利用游离乳酸催化赖氨酸乳酸化。总之，细胞内乳酰辅酶A受乳酸可用性、区室特异性合成酶活性、修饰依赖性核转位和非酶促硫酯化学调控，而一部分乳酸化事件通过辅酶A非依赖机制进行。
近年来也鉴定出几种去乳酸化酶。HDAC1–3，I类组蛋白去乙酰化酶成员，已被证明对组蛋白乳酸化表现出强大的去乳酸化酶活性，从而调节基因表达和染色质结构。去乙酰化酶sirtuin家族（包括SIRT1、SIRT2和SIRT3），依赖NAD+，也在核和细胞质背景下作为去乳酸化酶发挥作用。然而，尽管取得了这些进展，调控乳酸化的底物特异性和背景依赖性机制仍不清楚，强调需要在该领域继续研究。
3.4 当前争议与技术挑战
抗体特异性在赖氨酸乳酸化检测中仍然是一个很大程度上被低估的问题。Zhang等人证明Kla包含三种质量偏移相同的异构体修饰：L-乳酰赖氨酸（Kl-la），由糖酵解来源的L-乳酸酶促形成；D-乳酰赖氨酸（Kd-la），由乳酰谷胱甘肽（LGSH）非酶促S-to-N酰基转移生成；以及Kce，通过甲基乙二醛直接加合至赖氨酸残基产生。这些异构体无法通过常规LC–MS/MS区分，大多数商业pan-Kla抗体不能以足够特异性分辨它们。因此，早期基于pan-Kla抗体的蛋白质组学和功能研究可能需要在异构体水平分辨率下重新审视。通过生成异构体特异性单克隆抗体，该研究也为未来乳酸化生物学研究提供了重要技术基础。
乳酸化的酶促机制也存在根本性争论。该修饰最初归因于p300催化的以乳酰辅酶A为供体的转移。然而，Gaffney等人随后发现LGSH可通过非酶促途径直接乳酸化糖酵解酶，Trujillo等人进一步证明LGSH可通过S-S酰基转移非酶促生成乳酰辅酶A，表明非酶促途径可能对Kla有重要贡献。两项近期研究提出了完全辅酶A非依赖的替代机制。Zong等人将AARS1和AARS2鉴定为ATP依赖性乳酸传感器和乳酰转移酶，直接使用游离乳酸乳酸化底物蛋白；Tsusaka等人报道I类组蛋白去乙酰化酶HDAC1/2/3可逆转其经典催化方向，使用游离乳酸作为底物催化赖氨酸乳酸化，且该途径占增殖细胞中大多数Kla。Varner等人的定量数据显示细胞内乳酰辅酶A浓度仅为乙酰辅酶A水平的1/20至1/350，进一步支持辅酶A非依赖途径的主导地位。总之，这些发现表明乳酸化通过多种背景依赖性途径产生，仅通过调节p300表达或乳酸浓度来推断乳酸化变化是对所涉及调控机制的过度简化。
在功能验证层面，迄今大多数研究通过操纵乳酸代谢或p300活性间接推断乳酸化功能，缺乏直接位点特异性突变证据。由于乳酸化和乙酰化经常竞争相同赖氨酸残基，K-R（模拟未修饰状态）和K-Q（模拟乙酰化）均不能特异性分离乳酸化的独立贡献。Ren等人开发了遗传密码扩展方法，能够在定义残基处均质掺入乳酰赖氨酸，为精确功能解析提供了方法学基础，尽管该技术尚未广泛采用。
4 乳酸化与程序性细胞死亡在人类疾病中的结合
作为细胞的基本过程，多种PCD之间存在复杂联系，乳酸化是凋亡、焦亡、铁死亡和自噬中的常见调控节点之一。乳酸化在多种PCD中表现出相似和/或不同作用。通过表观遗传重塑，乳酸化可影响PCD相关基因的转录调控，调节某些关键调控蛋白的稳定性，并参与线粒体功能和细胞氧化还原稳态的调节，从而在不同类型的程序性细胞死亡中表现出共享的调控特征。同时，乳酸化可能通过靶向不同分子效应物在不同PCD模式中发挥通路特异性效应，促进炎症小体激活和炎症级联放大、调节铁代谢和脂质过氧化，或微调自噬过程和自噬流。总之，这些发现为理解乳酸化在多种PCD形式中的潜在共同机制和差异作用提供了重要线索。
4.1 乳酸化修饰与焦亡
焦亡是一种由gasdermin D（GSDMD）裂解介导的促炎性PCD形式，形成膜孔导致细胞裂解和IL-1β、IL-18等细胞因子释放。它可通过两种主要途径触发：经典途径，炎症小体激活（包括NLRP3和AIM2）导致caspase-1激活及随后GSDMD和促炎细胞因子的裂解；非经典途径，caspase-4/5或caspase-11直接感知细胞内LPS并独立裂解GSDMD。GSDMD的N端片段（GSDMD-N）寡聚化并插入质膜执行焦亡。近期研究表明，乳酸化作为一种新型代谢性翻译后修饰，可能通过影响炎症小体激活和焦亡调节因子的调控来调节焦亡。
4.1.1 组蛋白乳酸化与焦亡
组蛋白乳酸化已成为一种关键的代谢表观遗传机制，在多种病理条件下调节焦亡相关基因表达。值得注意的是，H3K18la在焦亡中似乎发挥双重作用，取决于疾病背景和细胞微环境。在神经系统疾病中，如胆红素脑病和缺血再灌注损伤，H3K18la已被证明促进焦亡。具体而言，近期一项研究表明，在胆红素脑病中，H3K18la在星形胶质细胞的NOD2启动子处富集，上调其表达并增强MAPK/NF-κB信号传导，促进焦亡和神经炎症。类似地，在模拟缺血损伤的氧糖剥夺/复氧（OGD/R）条件下，乳酸积累增强H3K18la在HMGB1启动子处的沉积，导致HMGB1上调、caspase-1和GSDMD-N裂解激活，最终导致组织损伤。另一乳酸化位点H4K12la也涉及神经退行性变。Cheng等人报道Aβ刺激升高H4K12la水平，其在NEK7启动子处积累增强其转录。NEK7表达增加激活caspase-1、GSDMD-N、IL-1β和IL-18，促进小胶质细胞焦亡并加重阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）小鼠模型的认知缺陷。这些发现强调了组蛋白乳酸化作为中枢神经系统中促焦亡调节因子的作用。除神经系统疾病外，组蛋白乳酸化也促进职业病中的焦亡。在矽肺中，接触结晶二氧化硅（crystalline silica, CS）诱导糖酵解重编程并增加乳酸产生，导致蛋白质乳酸化水平升高。乳酸化促进NLRP3转录和蛋白表达，随后激活Caspase-1和GSDMD，诱导巨噬细胞焦亡和促炎细胞因子释放。有趣的是，乳酸化可能发挥背景依赖性效应。与上述条件下促进焦亡的作用相反，H3K18la在炎症性肠病中表现出抗焦亡功能。在溃疡性结肠炎小鼠模型中，H3K18la被发现促进M2巨噬细胞极化，同时抑制NLRP3炎症小体激活，从而减轻焦亡和炎症损伤。
4.1.2 非组蛋白乳酸化与焦亡
非组蛋白乳酸化通过稳定关键炎症小体蛋白和改变细胞内信号传导促进焦亡。在心肌缺血再灌注损伤中，LDHA介导的NLRP3在赖氨酸245位点的乳酸化增强该炎症小体成分的稳定性和表达，从而促进心肌细胞焦亡。类似地，在前列腺癌中，藤黄酸与 chaperone 蛋白CNPY3的相互作用招募去乳酸化酶SIRT1，导致CNPY3去乳酸化和错误定位，引起溶酶体破裂和随后的NLRP3/caspase-1/GSDMD焦亡通路激活。除炎症小体稳定外，乳酸化还通过调节蛋白泛素化和转录影响焦亡。例如，在对乙酰氨基酚诱导的急性肝损伤中，E3泛素连接酶NEDD4在赖氨酸33位点的乳酸化减少其与caspase-11的结合，从而降低caspase-11泛素化并增加其蛋白稳定性；在脂多糖刺激下，该效应协同上调caspase-11表达，通过GSDMD激活触发非经典焦亡。此外，在血管平滑肌细胞中，TNF-α诱导的Sox10磷酸化为其乳酸化做好准备，激活巨噬细胞样基因转录并促进焦亡，导致血管炎症。在哮喘中，代谢重编程也参与乳酸化介导的焦亡。卵清蛋白（ovalbumin, OVA）刺激增强肺巨噬细胞和THP-1细胞中的糖酵解，增加细胞内乳酸和整体蛋白质乳酸化。这种转变促进焦亡，表现为焦亡相关蛋白升高。乳酸化调控焦亡的机制已被部分阐明。然而，需要进一步研究探索乳酸化在其他疾病焦亡调节中的作用。
4.2 乳酸化修饰与铁死亡
铁死亡是一种独特的铁依赖性PCD形式。它主要由铁介导的活性氧（reactive oxygen species, ROS）积累和谷胱甘肽过氧化物酶4（glutathione peroxidase 4, GPX4）消除这些ROS的能力降低引发。形态学上，铁死亡细胞的特征是线粒体体积减小、线粒体嵴丢失和膜密度增加。在生理条件下，多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids, PUFAs）被脂氧合酶氧化，随后在其关键辅因子谷胱甘肽（glutathione, GSH）的帮助下由GPX4解毒。然而，在病理刺激下，GPX4活性下降，导致细胞抗氧化防御减弱。因此，脂质过氧化物积累并启动铁死亡。同时，细胞内铁水平异常升高，过量铁通过Fenton反应产生ROS，进一步放大铁死亡。值得注意的是，新出现的证据表明乳酸化可能通过调节氧化还原稳态、铁代谢和铁死亡相关基因表达来调控铁死亡。
4.2.1 组蛋白乳酸化与铁死亡
近期研究报道乳酸化在不同疾病背景下调节铁死亡中发挥关键作用。关键组蛋白乳酸化位点，特别是H3K18la，调节参与铁代谢和脂质过氧化基因的转录，从而影响铁死亡结果。在炎症相关疾病中，乳酸化通常促进铁死亡。例如，在脓毒症诱导的急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome, ARDS）中，乳酸积累升高H3K14la水平，导致TFRC上调和SLC40A1下调。这破坏铁稳态，引起细胞内铁过载，通过Fenton反应增强活性氧（ROS）产生，加剧脂质过氧化并启动铁死亡。类似地，在重症急性胰腺炎中，升高的H3K18la增强HIF1A表达及其下游靶标——ACSL4、LPCAT3和ALOX15——从而加剧铁死亡和疾病严重程度。在脓毒症相关肺损伤中，增加的H3K18la上调METTL3表达，通过YTHDC1结合稳定ACSL4 mRNA，促进脂肪酸代谢，放大ROS产生并加速铁死亡。相比之下，乳酸化在肿瘤中的作用更为复杂，涉及促铁死亡和抗铁死亡效应。在肝细胞癌中，热应激诱导的乳酸积累增加H3K18la，促进NFS1转录和铁硫簇生物合成，从而减少游离铁和脂质过氧化，抑制铁死亡，促进肿瘤细胞存活和迁移。在三阴性乳腺癌中，乳酸诱导的H3K18la上调ZFP64，其转录激活GCH1和FTH1以抑制脂质过氧化和铁积累，最终抑制铁死亡。在前列腺癌中，H3K18la增强HIF1A表达，促进脂质积累并使细胞对铁死亡敏感；然而，HIF1A也诱导GPX4表达，暂时抑制铁死亡。此外，在肺癌中，乳酸化上调AIM2，其使STAT5B不稳定并下调ACSL4，从而抑制铁死亡。然而，在子宫内膜癌中发现，H3K18la促进p53表达，下调SLC7A11和GPX4，增强脂质过氧化和铁死亡，从而损害肿瘤生长和侵袭。
4.2.2 非组蛋白乳酸化与铁死亡
近年来，研究表明非组蛋白乳酸化通过调节铁代谢、线粒体功能和表观遗传修饰促进铁死亡的发生和进展。一个关键机制涉及促进铁蛋白自噬和破坏铁稳态。在阿尔茨海默病和脑缺血中，乳酸化增强铁蛋白自噬，从而促进细胞内铁释放并促进铁死亡。具体而言，tau蛋白在赖氨酸677位点的乳酸化激活MAPK信号通路并上调NCOA4表达，随后促进铁蛋白自噬并导致Fe2+积累、活性氧（ROS）产生增加和铁死亡。类似地，在脑缺血模型中，NCOA4在赖氨酸450位点的乳酸化直接驱动铁蛋白自噬，触发铁死亡。此外，在脑出血期间，升高的乳酸水平诱导METTL3乳酸化，增强其稳定性并增加TFRC mRNA的m6A修饰。这上调TFRC表达，促进铁摄取，最终导致铁死亡。乳酸化也通过损害线粒体功能和升高氧化应激促进铁死亡。在肝脏缺血再灌注（I/R）损伤期间，PCK2在赖氨酸100位点的乳酸化增强其与OXSM的相互作用，防止其Parkin介导的降解，促进线粒体脂肪酸合成（mtFAS）、TCA循环和氧化磷酸化（OXPHOS）。这种代谢过度激活导致ROS积累、脂质过氧化和铁死亡。类似地，在心肌I/R损伤中，MDH2在赖氨酸241位点的乳酸化损害线粒体功能，表现为ROS增加、ATP耗竭、抗氧化能力降低和铁过载，从而促进铁死亡。此外，乳酸化通过转录和表观遗传机制影响铁死亡。在肿瘤微环境中，乳酸诱导的NSUN2在赖氨酸508位点的乳酸化增强其m5C甲基转移酶活性，稳定GCLC mRNA并上调GCLC蛋白表达，从而促进谷胱甘肽合成并抑制铁死亡。在结直肠癌中，乳酸积累驱动HDAC1在赖氨酸412位点的乳酸化，下调m6A去甲基化酶FTO和ALKBH5，导致m6A去甲基化减少和FSP1 mRNA稳定性增加。升高的FSP1增强CoQH2产生，清除脂质活性氧并抑制铁死亡。重要的是，HDAC抑制剂降低HDAC1乳酸化，恢复FTO和ALKBH5水平，使FSP1 mRNA不稳定，并使肿瘤细胞对铁死亡敏感。
4.3 乳酸化修饰与自噬
自噬是一种保守的、溶酶体依赖的PCD形式，主要功能是移除和回收受损或多余的细胞内细胞器和蛋白质，从而维持细胞能量平衡和稳态。营养剥夺等应激信号激活ULK1复合物，启动自噬。Beclin-1/Vps34 PI3K复合物随后促进吞噬泡形成，其借助LC3-II扩展以包裹细胞质货物，形成双层膜自噬体。该结构与溶酶体融合形成自噬溶酶体，内容物在其中被降解和回收。自噬受代谢和表观遗传线索调控，近期证据强调乳酸化作为一种新型翻译后修饰，通过调节自噬相关蛋白的表达和功能影响自噬。
4.3.1 组蛋白乳酸化与自噬
组蛋白乳酸化对自噬发挥多种调节作用，取决于疾病背景、特定修饰位点和下游靶标。在肿瘤中，尤其是结直肠癌、胶质瘤和膀胱癌，H3K18la经常上调并倾向于促进自噬或线粒体自噬。例如，H3K18la在结直肠癌中增强RUBCNL表达，通过PtdIns3K复合物促进自噬体成熟。在胶质瘤中，它上调YTHDF2，促进BNIP3依赖性线粒体自噬，从而支持代谢重编程、增殖和凋亡抵抗。类似地，在膀胱癌中，H3K18la驱动的PRKN表达维持M2巨噬细胞中的线粒体自噬和氧化代谢，促进免疫逃逸和肿瘤进展。除肿瘤外，H3K18la在某些非恶性背景下也通过线粒体自噬激活发挥保护作用。例如，在创伤性脑损伤中，H3K18la促进PKM介导的PINK1/PRKN通路激活，增强线粒体自噬并支持神经元恢复。相反，在某些病理条件下，组蛋白乳酸化可能作为自噬抑制因子。在肥厚性瘢痕中，增加的H3K18la促进SLUG，其抑制PTEN转录，导致自噬活性受损。在阿尔茨海默病中，H4K12la上调NLRP3，激活mTOR通路并阻断自噬流，导致Aβ积累和神经炎症。然而，组蛋白乳酸化在AD中并非普遍抑制自噬。另一项研究表明EPB41L4A-AS1可调节自噬相关基因位点的乳酸化，增强Aβ清除，提示在神经退行性疾病中具有保护性促自噬效应。这突出了乳酸化在神经退行性疾病中的双重和背景特异性作用。
4.3.2 非组蛋白乳酸化与自噬
非组蛋白乳酸化在细胞自噬调节中也发挥重要作用。它稳定自噬相关蛋白，从而促进肿瘤进展或增强自噬。在宫颈癌中，DCBLD1在K172位点的乳酸化稳定该蛋白，抑制G6PD的自噬降解，并激活磷酸戊糖途径以增强肿瘤进展。在胰腺癌中，TFEB在赖氨酸91位点的乳酸化破坏其与E3泛素连接酶WWP2的相互作用，从而防止TFEB泛素化和随后的蛋白酶体降解。TFEB稳定后允许其转位至细胞核，结合自噬和溶酶体相关基因的启动子，增强其转录。乳酸化也通过影响自噬相关蛋白间的相互作用调节自噬。乳酸驱动的Vps34在K356和K781位点的乳酸化通过增强其与Beclin1、ATG14L和UVRAG的相互作用提高其脂质激酶活性。这种相互作用在癌症和肌肉组织中促进自噬。在急性肾损伤（AKI）中，ALDH2在K52位点的乳酸化破坏其与PHB2的相互作用，导致PHB2降解和线粒体自噬抑制，从而加剧线粒体功能障碍并恶化AKI进展。X射线照射后，P4HB在K311位点发生乳酸化，增强其与PTGS2的相互作用。这促进SH3GLB1介导的线粒体ROS（mitoROS）积累并激活NDP52诱导的自噬，最终加剧心脏损伤。此外，乳酸化通过信号通路调节自噬。在椎间盘退变中，TNF-α刺激升高AMPKα乳酸化，抑制其磷酸化，使AMPK通路失活，从而损害基质合成、抑制自噬并加速衰老。
4.4 乳酸化修饰与凋亡
凋亡是指在特定生理或病理条件下由内在遗传机制调控的受控、主动的细胞死亡形式。它可通过内在和外在途径触发。内在途径由DNA损伤、缺氧等细胞内应激激活，触发Bcl-2家族介导的线粒体外膜透化（mitochondrial outer membrane permeabilization, MOMP），释放细胞色素C至细胞质。细胞色素C随后与Apaf-1和pro-caspase-9形成凋亡小体，导致caspase-9激活和下游效应caspase（caspase-3、-6、-7）的裂解，执行凋亡。外在途径由配体（如FasL、TNF-α）与死亡受体结合启动，激活caspase-8或-10，进而激活效应caspase。在此，研究人员总结了蛋白质乳酸化如何在多种人类疾病中调节凋亡的最新发现。
4.4.1 组蛋白乳酸化与凋亡
据报道，组蛋白乳酸化对凋亡具有双重调节作用。在神经、炎症和心血管疾病中，组蛋白乳酸化通常促进凋亡。例如，在缺血性卒中中，升高的pan-Kla和H3K18la增强Apaf-1转录，抑制Bcl-2，上调Bax和Caspase-3，从而触发神经元凋亡。在精神分裂症中，增加的H3K9la和H3K18la促进HMGB1介导的神经元凋亡。在脓毒症相关AKI中，H3K18la激活RhoA/ROCK/Ezrin通路，导致NF-κB激活和BAX表达增加及BCL2表达降低。Ezrin在K263位点的乳酸化进一步放大这种促炎和促凋亡反应。类似地，在主动脉瘤/夹层中，H3K18la上调P53，激活下游Bax和cleaved-caspase3，促进血管平滑肌细胞凋亡。在缺血再灌注损伤中，H3K18la促进YTHDF2表达，其通过内在无序区正向调节G3BP1。当YTHDF2表达上调时，在OGD/R刺激下促进心肌细胞凋亡。相反，在多种肿瘤中，组蛋白乳酸化通常抑制凋亡并支持肿瘤进展。在三阴性乳腺癌中，H4K12la促进与SLFN5启动子结合，抑制其转录并减少bax和cleaved-caspase3表达。在子宫内膜癌中，H3K18la
