线粒体自噬通过降低H3K18la水平重新编程乳酸代谢，从而抑制THBS1的活性，缓解椎间盘退化

《Research》：Mitophagy Reprograms Lactate Metabolism to Suppress THBS1 via H3K18la Reduction, Alleviating Intervertebral Disc Degeneration

线粒体自噬通过抑制cGAS–STING和NLRP3炎症小体介导的吡罗质朴死途径缓解椎间盘退行化（IVDD），但其代谢调控机制尚未明确。本研究发现，自噬激活剂TJ0113通过减少乳酸生成，抑制组蛋白H3K18la乙酰化，从而下调炎症基因THBS1表达，阻断下游炎症级联反应，揭示代谢-表观遗传调控轴在IVDD治疗中的关键作用。

　　这项研究揭示了线粒体自噬（mitophagy）在椎间盘退行性变（intervertebral disc degeneration, IVDD）中的新作用机制。IVDD是导致低背痛的主要原因之一，其特征是椎间盘内核细胞（nucleus pulposus, NP）从富含水分的凝胶状结构转变为纤维化和衰老状态，这一过程破坏了细胞外基质（extracellular matrix, ECM）的稳态，引发炎症反应并加速退行性病变。研究发现，线粒体损伤是IVDD进展的关键因素，受损的线粒体功能导致线粒体DNA（mtDNA）的释放和活性氧（reactive oxygen species, ROS）的过度生成，进而激活cGAS–STING和NLRP3炎性小体依赖的焦亡（pyroptosis）通路，促进慢性炎症和细胞衰老。

为了探索线粒体自噬如何影响IVDD，研究者使用了一种名为TJ0113的线粒体自噬激活剂。该化合物是UMI-77的结构优化产物，具有更长的体内半衰期，适合长期治疗研究。通过在体外和体内实验中使用TJ0113和另一种线粒体自噬激活剂UA，研究者发现这两种物质能够显著减轻IVDD的进展，减少衰老相关分泌表型（senescence-associated secretory phenotype, SASP）因子的表达，并改善线粒体功能。这些结果表明，线粒体自噬不仅有助于清除受损线粒体，还能通过调控代谢和表观遗传机制，抑制炎症反应和细胞衰老。

研究进一步发现，线粒体自噬激活后，衰老的NP细胞中乳酸（lactate）的生成显著减少。乳酸是代谢过程中的一种产物，通常被认为是细胞的废物，但近年来发现它在调控组蛋白乳酰化（histone lactylation）中扮演重要角色。组蛋白乳酰化是一种新型的表观遗传机制，能够直接影响基因的转录活性。具体而言，TJ0113通过降低乳酸水平，减少了组蛋白H3赖氨酸18乳酰化（H3K18la）的水平，从而抑制了促炎基因如血小板反应蛋白1（thrombospondin-1, THBS1）的表达。THBS1的表达增强与SASP因子的释放密切相关，而减少THBS1的表达能够有效阻断下游的炎症级联反应，进而延缓IVDD的进展。

为了验证这一机制，研究者进行了多种实验。例如，使用特定的乳酸脱氢酶A（lactate dehydrogenase A, LDHA）抑制剂FX-11来减少乳酸的生成，并观察其对THBS1和SASP因子表达的影响。结果显示，FX-11与TJ0113共同使用时，其效果与单独使用TJ0113相似，表明乳酸的减少是THBS1表达下调的重要因素。此外，研究者还通过补充外源性乳酸来逆转TJ0113的抑制作用，证实了乳酸在这一代谢-表观遗传轴中的关键地位。

研究还发现，THBS1不仅参与炎症反应，还在组织重塑和细胞-基质相互作用中发挥重要作用。通过整合CUT&Tag和RNA-seq数据，研究者确定THBS1是线粒体自噬调控的重要靶点。这些数据表明，THBS1的表达水平与H3K18la的修饰水平密切相关，而H3K18la的减少直接抑制了THBS1的转录，从而中断了炎症反应的传播。

在体内实验中，研究者使用了针刺诱导的IVDD模型，并通过TJ0113和UA进行治疗。结果显示，TJ0113能够有效恢复椎间盘的形态和结构，减少SASP因子的表达，而当与乳酸共同使用时，其效果被逆转。这进一步支持了乳酸-组蛋白乳酰化-THBS1轴在调节线粒体自噬对IVDD影响中的核心作用。

研究还探讨了线粒体自噬在调控代谢和表观遗传过程中的具体机制。通过转录组学和代谢组学分析，研究者发现线粒体自噬能够逆转衰老NP细胞的代谢模式，从以糖酵解为主的代谢状态转向更正常的氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）途径。这一代谢重编程不仅减少了乳酸的生成，还改善了线粒体功能，包括基础呼吸、最大呼吸、ATP生成和备用呼吸能力等指标。

此外，研究者还分析了不同组蛋白乳酰化位点的变化。尽管H3K9la、H3K14la和H4K12la等位点未见显著变化，但H3K18la的减少尤为显著，这表明该位点在调控THBS1表达中具有关键作用。通过染色质免疫共沉淀（ChIP）和定量PCR（qPCR）实验，研究者确认了H3K18la对THBS1表达的调控作用。

这项研究的结论是，线粒体自噬通过调控代谢和表观遗传机制，有效抑制了IVDD的进展。具体而言，TJ0113通过减少乳酸生成，降低了H3K18la水平，从而抑制了THBS1的表达，阻断了炎症级联反应。这些发现不仅为理解IVDD的分子机制提供了新的视角，也为开发针对线粒体自噬的表观遗传疗法提供了理论基础。

研究的局限性在于，尽管已经明确了线粒体自噬在代谢重编程中的作用，但其具体的分子机制仍需进一步探索。此外，虽然H3K18la被认为是关键的调控位点，但其他组蛋白乳酰化位点和下游效应因子可能也参与了这一过程。因此，未来的研究需要更全面地分析表观遗传调控网络，以更深入地了解线粒体自噬对IVDD的影响。

总的来说，这项研究揭示了线粒体自噬在调控代谢和表观遗传过程中的重要作用，为治疗IVDD提供了新的思路。通过调控乳酸-组蛋白乳酰化-THBS1轴，可以有效抑制炎症反应和细胞衰老，从而延缓椎间盘退行性变的进程。这一发现不仅有助于理解IVDD的发病机制，也为开发新的治疗策略提供了科学依据。