乳酸化（Lactylation）是一种由乳酸介导的新型蛋白质翻译后修饰。由芝加哥大学赵英明教授团队领衔发现，在肿瘤发生发展、免疫炎症、心血管疾病、神经疾病等生理病理中发挥关键性的调控作用。本期内容总结了蛋白乳酸化修饰的相关知识点，简要探讨基于“乳酸化修饰”的课题设计的需要了解的问题及思路。

图1. 乳酸化修饰研究框架（供参考）

一、乳酸化概述

乳酸化（Lactylation）是指源于乳酸的乳酰基团，通过酶促转移到蛋白质赖氨酸（Lys）残基上，因此也被称为赖氨酸乳酸化(Kla)或乳酸化。

图2. 乳酸化修饰示意图

乳酸化修饰的三种异构体形式，包括 L-乳酰化修饰（L-lactylation，KL-la）、D-乳酰化修饰（D-lactylation，KD-la）和 N-ε羧乙基化修饰（ce-lactylation，Kce），其中真核生物中主要以L-乳酸化修饰为主。

图3. 乳酸化修饰三种形式示意图

二、乳酸化修饰涉及分子

L-乳酸：是乳酸化修饰的核心 “材料”，为乳酸化修饰提供乳酸基团。

组蛋白：乳酸化修饰的经典靶标（报道最多），其赖氨酸乳酸化可影响靶基因的表达。

p300/CBP：参与 “乳酸化作用”，促进组蛋白等分子的乳酸化修饰。

HDACs：参与 “去乳酸化作用”，调节乳酸化修饰的动态平衡。

SIRTs：参与 “去乳酸化作用”，与HDACs共同调控乳酸化修饰水平。

图4. 参与组蛋白乳酸化发生的过程和关键酶

三、研究方向

01.乳酸化在细胞代谢中的作用

探讨组蛋白乳酸化在调节细胞代谢过程中的作用，包括能量代谢、细胞增殖和分化。

02.乳酸化与疾病的关联

研究组蛋白乳酸化在不同疾病（如癌症、炎症性疾病、神经退行性疾病、心血管疾病等）中的变化及其潜在的病理生理意义。

03.乳酸化与表观遗传调控

探索组蛋白乳酸化如何影响基因表达的调控，以及它与其他表观遗传修饰（如乙酰化、甲基化）的相互作用。

04.组蛋白乳酸化的调控网络

组蛋白修饰的Writers(写入者)、Erasers(擦除者)和Readers(读取者)共同参与了一个复杂的调控网络，通过精细调节组蛋白的化学状态来控制基因的表达，从而影响细胞的功能和命运。

05.组蛋白乳酸化的动态变化

研究组蛋白乳酸化的动态变化，包括它是如何被添加和移除的，以及这些变化在细胞周期和发育过程中的意义。

06.新物种中组蛋白乳酸化的鉴定和机制研究

目前已报道的组蛋白乳酸化集中在人和小鼠中，其他物种比如植物、微生物则鲜有报道，即使有，但在机制上研究也不够深入。

07.乳酸化在细胞信号传导中的角色

研究组蛋白乳酸化如何参与细胞信号传导途径，以及它如何影响细胞的响应和功能。

四、检测方法

在生物化学上，Kla修饰是在赖氨酸ε氨基上加上一个乳糖基团，使得赖氨酸残基的分子质量增加了72.021Da。因此，对乳酸化修饰的直接检测，可分为对赖氨酸残基分子量变化的检测和赖氨酸分子构象变化的检测。

1. 基于特异性抗体的检测方法（常用、易操作）

（1）WB & DIBA：通过抗乳酸化抗体与蛋白样本结合，检测目标蛋白是否存在乳酸化修饰。有检测全部乳酸化修饰的（pan-Kla)，也有检测特异性位点乳酸化修饰的抗体，例如anti-H3K18la、anti-H3K27la、 H4K12la等。根据实验的精细程度，可以选择免疫斑点实验（左图）和WB实验（右图）。

（2）IF & IHC： 在免疫斑点实验的基础上，也可以用免疫组化或免疫荧光检测样本中乳酸化修饰。与免疫斑点实验和WB相比，这个办法更直观，图片更美观，还能提供乳酸化修饰在细胞器中的定位，特别适合研究对象是复杂组织或者有单细胞测序预算的课题。

2. 质谱相关检测方法（高灵敏、高通量）

（1）LC-MS/MS：先通过抗乳酸化抗体富集样本中的乳酸化肽段，再经液相色谱分离后，用LC/MS或LC-MS/MS检测赖氨酸肽段是否有乳酸基团的特征峰，可以明确某蛋白的第X个赖氨酸发生乳酸化。

3. 辅助验证方法（确认修饰真实性）

（1）酶学验证：用SIRT5处理样本，若WB/MS 检测到的乳酸化信号减弱或消失，可确认修饰为真实乳酸化。

（2）位点突变验证：通过基因工程将目标蛋白的乳酸化位点赖氨酸K突变为丙氨酸A或精氨酸R，对比野生型与突变体的修饰信号，明确该位点的必要性。

五、乳酸化修饰课题思路

1、证明乳酸化修饰水平与疾病相关

▫️生信手段分析疾病的糖酵解和乳酸代谢水平变化

▫️检测样本乳酸、乳酸化修饰水平变化、确定乳酸化修饰位点

▫️使用乳酸生成抑制剂调控乳酸水平，检测乳酸及乳酸化修饰对疾病表型的影响

2、明确乳酸化修饰调控的目标基因

▫️将乳酸抑制前后的样本送去测序，从差异表达基因中筛选出目标基因

▫️调控目标基因表达，明确目标基因是否影响疾病表型

3、目标基因上下游调控机制

▫️目标基因上游比较明确，受组蛋白乳酸化调控

▫️下游可以利用KEGG通路富集分析结合文献调研，找到目标基因可能作用的通路。

4、临床转化意义

▫️靶向目标基因是否可以缓解疾病

▫️目标基因是否可以作为疾病的预后标志物

六、案例分享

研究目的：探究乳酸化修饰在脑缺血再灌注损伤（CIRI）中的作用。

研究方法：4D-labfree蛋白质组学+乳化修饰特蛋白质组学分析相结合，评估了CIRI大鼠模型皮质蛋白中的赖氨酸乳化（Kla）。

研究结果：在469个蛋白质上共鉴定出1003个乳化位点，收集了310个蛋白质中660个蛋白质的定量信息（PXD034232），并根据细胞组成、分子功能和生物过程对这些蛋白质进行了进一步分类。评估了赖氨酸乳化位点的差异表达，确定了实验组与健康对照组相比，上调蛋白49个，下调蛋白99个，上调位点54个，下调位点54个。此外，还在Ca2+信号通路中发现了Scl25a4和 Slc25a5的Kla，但Vdac1的Kla被消除了。

研究结论：该结果为乳酰化参与 CIRI 潜在机制提供了新的见解，因为这种翻译后修饰会影响线粒体凋亡途径并介导神经元死亡。这项研究可能使为开发出具有治疗特性的新分子提供指导。

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