引言
生命的维持依赖于细胞层面氧气供应与需求的平衡，这一平衡由充足的血流灌注来保障。缺血再灌注损伤（IRI）对患者安全构成重大威胁，在临床中意义非凡。缺血是指动脉阻塞导致血液供应减少，进而使组织因营养和氧气供应不足而受损。随后的再灌注过程往往会加剧组织损伤，促进坏死。众多研究表明，败血症、器官移植、休克、心肌梗死、脑缺血和中风等多种临床情况都可能引发 IRI。IRI 引发的全身炎症反应综合征和多器官功能障碍综合征的有效治疗，一直是临床和基础研究的重点。此外，IRI 过程中会产生并积累乳酸，这是由于缺血时无氧糖酵解以及再灌注时细胞功能受损所致，因此乳酸成为评估 IRI 相关疾病严重程度的重要生物标志物，比如在肠道 IRI 中，D - 乳酸就是其特异性诊断生物标志物之一。
自 1780 年被发现以来，乳酸一直被视为缺氧条件下产生的代谢副产物，具有多种不良影响。然而，近年来的研究，如乳酸穿梭假说，表明乳酸积极参与氧化、糖异生底物和细胞信号传导等过程，其作用远超单纯的能量代谢范畴。2019 年，赵英明团队提出乳酰化概念，这一发现揭示了乳酸在调节组蛋白赖氨酸残基修饰方面的重要作用。乳酰化作为一种新型的翻译后修饰（PTM），与转录调控形成鲜明对比，它能快速精确地调节蛋白质功能。目前，乳酰化已被广泛研究，发现其在黑色素瘤、心肌梗死、肝细胞癌、阿尔茨海默病和非酒精性脂肪肝病等多种疾病的发生发展中起着关键作用，并且与炎症也存在显著关联。鉴于炎症在 IRI 中的关键作用、乳酸在 IRI 过程中的显著增加以及其在评估疾病严重程度方面的诊断意义，本文旨在全面分析乳酰化与 IRI 之间的复杂关系，为 IRI 的治疗和研究提供理论基础和潜在研究方向。
IRI 治疗现状：研究方向多样，但有效干预策略仍不足
IRI 指的是组织或器官在缺血一段时间后恢复血液供应时，损伤意外加剧的现象。当前 IRI 研究广泛关注氧化应激、钙超载、线粒体功能障碍和炎症反应等多个方面。为解决这一复杂问题，研究人员探索了多种治疗策略，包括远程缺血预处理、远程缺血后处理，以及使用抗氧化剂、抗炎药物、钙通道阻滞剂等药物干预和低温治疗等。虽然这些研究方向和治疗方法在改善 IRI 结果方面显示出一定效果，但基础研究与实际临床应用之间仍存在显著差距。许多在动物模型中显示出良好效果的策略，在转化为人体临床试验时疗效大打折扣。此外，确定治疗的精确时机，尤其是再灌注后处理的关键时间点，仍然是困扰研究人员的一大难题。
线粒体功能障碍在 IRI 过程中起着核心作用。缺血阶段，ATP 迅速消耗，导致线粒体膜电位显著下降，进而引发电子传递链功能障碍。血液恢复流动后，氧气的流入使电子从电子传递链泄漏并与氧分子结合，产生大量活性氧（ROS）。同时，线粒体通透性转换孔的开放导致线粒体肿胀和破裂，释放凋亡因子，最终导致细胞死亡。此外，在缺氧条件下，糖酵解显著增强，导致乳酸积累。ROS 与糖酵解之间存在复杂的相互作用，ROS 通过多种途径调节关键糖酵解酶的活性，进一步促进乳酸生成。作为乳酰化的重要底物，乳酸浓度的增加显著提高了乳酰化水平，对 IRI 的最终结果产生关键影响。
PTMs 在生物系统中对蛋白质功能的快速精确调节起着至关重要的作用。乳酰化作为一种新发现的重要 PTM 形式，在心肌梗死、败血症休克和脑 IRI 等多种 IRI 相关疾病中发挥着关键作用。鉴于乳酰化具有快速、精确和节能的调节特性，且与 IRI 中的关键线粒体损伤密切相关，深入研究乳酰化与 IRI 之间的联系，将有助于更好地理解 IRI 的病理机制，并有可能发现新的治疗靶点。
乳酸代谢
乳酸的来源及其作为信号分子的作用
乳酸在能量代谢调节和信号转导中起着关键作用，是细胞的重要能量来源，尤其是在剧烈运动和感染期间，当氧气供应与 ATP 需求失衡时。在细胞氧供应有限的情况下，如缺氧或无氧环境，线粒体氧化磷酸化受阻，丙酮酸利用效率降低。此时，细胞主要依靠糖酵解产生能量，最终生成乳酸。乳酸主要在糖酵解过程中作为葡萄糖代谢的常见副产物合成。在无氧或缺氧条件下，葡萄糖在细胞质中代谢为两分子丙酮酸。然而，由于电子传递链中缺乏足够的氧来接受电子，丙酮酸无法进入线粒体进行进一步氧化。这时，乳酸脱氢酶将丙酮酸转化为乳酸，同时补充 NAD+水平，使糖酵解得以继续进行。
Warburg 效应的发现极大地推动了人们对乳酸代谢的理解。该效应表明，即使在有氧条件下，肿瘤细胞也主要依赖糖酵解而非线粒体氧化磷酸化来产生能量。Warburg 效应通过主要依赖糖酵解为肿瘤细胞在富氧环境中的快速增殖提供能量，同时通过提供必要的生长因子促进肿瘤生长，并帮助肿瘤细胞逃避免疫检测。
单羧酸转运蛋白（MCTs）是一类溶质载体蛋白，主要负责乳酸和酮酸等一碳代谢物在细胞间的转运。在人类中，MCTs 包含多个成员，其中 MCT1 和 MCT4 研究最为深入。这些转运蛋白通过质子偶联机制，使乳酸分子与质子（H+）一起跨细胞膜转运，维持动态平衡，调节乳酸和质子的浓度梯度。通常情况下，MCTs 促进被动运输，使乳酸根据浓度梯度进出细胞。它们在维持细胞内外乳酸水平的平衡方面发挥着重要作用，特别是在肿瘤细胞等高糖酵解条件下。研究这些转运蛋白不仅有助于深入了解细胞代谢的调节机制，还为某些疾病提供了潜在的治疗途径。
目前，乳酸具有三种关键作用：作为主要能量来源、作为糖异生的重要前体，以及作为具有自分泌、旁分泌和内分泌样作用的信号分子，统称为 “lactormone”。例如，近期研究表明乳酸在各种生理和病理过程中具有多方面的作用。乳酸可诱导缺氧反应，而抑制细胞内乳酸生成则相应地抑制这些反应。此外，线粒体抗病毒信号蛋白已被确定为乳酸的直接传感器，从而建立了能量代谢与先天免疫之间的联系。有趣的是，乳酸的持续积累通过有丝分裂滑移机制促进异常后期促进复合物的重塑，并克服抗有丝分裂药物的作用，从而调节细胞周期进程和增殖。这些发现共同强调了乳酸在多种病理生理过程中的关键作用。
乳酸的合成是一种适应性生物学反应，使细胞能够在有氧和缺氧条件下通过不同途径维持能量代谢。在有氧环境中，乳酸的生成有助于维持糖酵解和线粒体代谢之间的平衡；而在缺氧条件下，乳酸的产生对于维持糖酵解的持续进行至关重要。
乳酸调节免疫细胞和炎症反应
在炎症过程中，免疫细胞（如巨噬细胞和 T 细胞）的能量需求大幅增加，主要通过糖酵解过程的增强来满足，这导致大量乳酸产生。这些代谢变化不仅为免疫细胞提供了必要的能量，还可能通过乳酸或其衍生物调节炎症反应。乳酸不仅作为代谢物，还作为信号分子，通过调节免疫细胞行为影响炎症。此外，乳酸积累导致局部微环境酸化，可能影响免疫细胞功能，包括 T 细胞活性和细胞因子产生。
乳酸的作用因代谢状态和所研究的特定细胞类型而异，影响各种病理过程。它通过 PTMs、与 G 蛋白偶联受体相互作用以及激活 NF-κB 和 HIF1 等转录因子等机制影响信号通路，进而调节细胞因子、趋化因子、黏附分子和免疫反应及代谢过程所必需的酶的表达。此外，乳酸与单核细胞、自然杀伤细胞、肥大细胞、T 细胞、肿瘤细胞、成纤维细胞和巨噬细胞等多种免疫细胞的激活状态密切相关。在有害刺激下，乳酸可以调节 Th1、Th17 和调节性 T 细胞的分化过程，这些对于维持免疫稳态至关重要。这些发现表明，针对乳酸调节可能是治疗炎症性疾病的有前景的治疗方法。
针对乳酸和相关炎症反应改善 IRI 预后
IRI 在许多疾病的发生发展中起着关键作用。缺血期间，由于氧气供应受限，细胞通过氧化磷酸化产生 ATP 的能力受损，被迫依赖无氧代谢产生乳酸。随后，乳酸积累导致细胞内 pH 值下降，对细胞功能产生负面影响，甚至可能诱导细胞死亡。长时间的缺血会加剧这种代谢紊乱，进一步降低 ATP 水平和细胞内 pH 值，导致 ATP 依赖的离子运输过程功能障碍，最终引起细胞内和线粒体内钙水平升高（钙超载）、细胞肿胀、破裂，并通过坏死、凋亡和自噬等多种途径导致细胞死亡。尽管再灌注恢复了氧合，但它却通过促进 ROS 产生和促使促炎中性粒细胞浸润缺血组织，加剧了损伤，放大了缺血性损伤。
IRI 会引发局部和全身炎症反应。在缺血阶段，处于应激状态的细胞会释放多种炎症介质，包括细胞因子和趋化因子，这些介质在再灌注期间进一步刺激免疫细胞激活。在这个阶段，由此产生的细胞损伤和死亡会促使各种炎症因子（如肿瘤坏死因子 -α、白细胞介素）和趋化因子的分泌，导致显著的组织炎症和损伤。这种炎症级联反应增加了血管通透性，导致血浆成分渗漏到相邻组织，从而导致组织肿胀并进一步加剧损伤。在长时间缺血后恢复血流时，局部炎症反应和 ROS 产生加剧，从而加重继发性组织损伤。慢性 IRI 引起的细胞损伤可导致各种形式的细胞死亡，包括凋亡、自噬、坏死和程序性坏死。
调节乳酸水平和炎症过程在 IRI 的发展和进展中至关重要。因此，针对这些方面不仅可以减轻 IRI 的严重程度，还为治疗相关疾病提供了创新策略。例如，用富含乳酸的血液进行后处理已被证明可以减轻人类致命的再灌注损伤，这突出了基于乳酸的干预措施在改善 IRI 结果方面的潜力。将这些见解应用于临床实践有望改善治疗效果，提高患者生活质量。
乳酰化 —— 一种以乳酸为底物的新型 PTM
PTMs 几乎影响所有蛋白质，在维持蛋白质组的功能和多样性方面起着至关重要的作用。近期研究表明，乳酸可以促进核心组蛋白的赖氨酸乳酰化（Kla），从而调节基因表达（如 Arg1），并影响肿瘤形成等多种疾病的发病机制。随后的研究将这些发现扩展到非组蛋白蛋白质，如高迁移率族蛋白 1（HMGB1）的修饰。乳酰化已成为炎症、多种癌症、认知障碍、败血症等多种疾病中的关键因素。
自 2019 年被发现以来，乳酰化迅速成为一个有前景的研究方向。最初的研究主要集中在组蛋白修饰上，特别是 H3K9、H3K18、H4K5、H4K8 和 H4K12 等关键位点。这些位点在相关疾病发病机制中的关键作用已通过多种方法得到广泛验证。随着深度测序等先进技术的出现，乳酰化研究的范围扩展到了非组蛋白蛋白质，包括 HMGB1、METTL3、PKM2 和 AK2 等多种蛋白质，涉及败血症、肝 IRI、结肠癌、皮肤伤口和肝细胞癌等多种疾病。目前的研究趋势表明，组蛋白和非组蛋白乳酰化研究并行发展，且对非组蛋白乳酰化的关注日益增加。越来越多的证据表明，乳酰化在多种疾病中起着关键作用，尤其是在与乳酸水平升高相关的肿瘤和 IRI 相关疾病中。
此外，乳酰化与炎症介质之间存在密切的相互作用。一项关于脊髓损伤的研究表明，引入乳酸可显著提高小胶质细胞中的乳酰化水平，有效抑制 IL-1β、iNOS 和 TNF-α 等促炎介质的表达。另一项关于实验性自身免疫性葡萄膜炎（EAU）的研究显示，视网膜小胶质细胞中 Yin Yang-1（YY1）的乳酸修饰增强。值得注意的是，YY1 乳酰化不仅促进小胶质细胞激活，还增强其增殖和迁移能力。抑制乳酰化可显著抑制 EAU 中的小胶质细胞激活，从而减轻炎症反应。这些发现共同强调了乳酰化在调节炎症介质和参与疾病进展中的重要作用。然而，目前关于炎症介质是否反过来调节乳酰化水平的研究较少，需要进一步研究来阐明炎症介质对乳酰化的潜在调节作用。
总体而言，自 2019 年首次发现蛋白质乳酰化以来，相关研究经历了多个不同的发展阶段。最初的研究主要集中在组蛋白修饰上，特别是 H3K9 和 H3K18 位点，确立了它们在转录调控中的基本作用。随后，研究范围显著扩大，涵盖了非组蛋白蛋白质，揭示了复杂的细胞调节网络。当代文献分析揭示了乳酰化研究的三个主要趋势：第一，乳酰化修饰对参与代谢调节和炎症反应的蛋白质具有主要影响，如 PKM2 在巨噬细胞代谢中的调节作用、HMGB1 在炎症反应中的关键功能、AK2 在细胞能量稳态中的重要作用；第二，乳酰化与其他 PTMs，特别是乙酰化之间存在大量的相互作用，如 HDACs 的双重调节功能、巨噬细胞 HMGB1 的乳酰化和乙酰化修饰之间的动态平衡；第三，乳酰化修饰表现出明显的组织特异性分布模式，在代谢活跃的组织中尤为普遍，如综合蛋白质组分析显示在肝库普弗细胞、心脏组织和肿瘤微环境中乳酰化的发生率较高。鉴于乳酸在能量代谢和信号转导中的关键作用，系统研究组蛋白和非组蛋白乳酰化修饰对于深入理解炎症和代谢性疾病发展的分子机制至关重要。
组蛋白乳酰化
组蛋白是位于真核细胞染色质中的碱性蛋白质，与 DNA 形成核小体结构，是染色质结构的重要组成部分。组蛋白会经历多种 PTMs，如乙酰化、丙二酰化和琥珀酰化。这些修饰可以改变蛋白质的空间结构，从而调节广泛的细胞生理和生化过程。Zhang 等人的研究表明，乳酸诱导组蛋白赖氨酸乳酰化，以剂量依赖的方式影响基因转录。此外，他们发现由 P53 招募的著名组蛋白乙酰转移酶乙酰转移酶 p300（p300）负责修饰组蛋白 Kla。2022 年，Zhang 等人进一步阐明了 I 类组蛋白去乙酰化酶（HDAC1 - 3）和组蛋白去乙酰化酶 sirtuins（SIRT1 - 3）在体外作为去乳酰化酶的作用，这一发现填补了去乳酰化研究的关键空白，将新型乳酰化 PTM 整合到一个连贯的生化过程中。
此外，通过液相色谱 - 质谱法在哺乳动物细胞和组织中鉴定出的乳酰 - CoA，作为酶促乳酰化的底物。非酶促乳酰化也会发生，涉及由乳酰谷胱甘肽转移乳酰基。这两种不同的机制可以独立或共同促成乳酰化。乳酰化和乙酰化对赖氨酸残基的修饰显著影响乳酸、乙酰 - CoA 和丙酮酸等代谢物的水平，以及它们之间的复杂相互作用。这些代谢变化对随后的细胞病理和生理过程具有深远影响，并揭示了乳酰化和乙酰化之间的潜在相关性，因为它们涉及写入、擦除和读取的相似机制。
目前，已阐明了五种组蛋白上 Kla 位点在多种疾病中的作用，其中对组蛋白 3（H3K18）的 K18 位点研究尤为深入。该位点在人类、大鼠和小鼠模型中均有大量研究。组蛋白乳酰化主要在肿瘤相关疾病中被发现，包括肺癌、黑色素瘤、乳腺癌、前列腺癌、结肠癌、肾细胞癌、结直肠癌和膀胱癌。肿瘤会经历代谢重编程、肿瘤相关炎症、免疫逃逸和基因组不稳定等变化，这些变化促进了肿瘤的持续增殖、抗凋亡、逃避生长抑制因子、无限复制、肿瘤血管生成以及侵袭和转移。以有氧糖酵解为特征的 Warburg 效应与肿瘤的发生和进展密切相关，并促进乳酸产生，这突出了乳酰化与肿瘤生物学之间的联系。例如，在眼部黑色素瘤中，组蛋白乳酰化通过增强 m6A 阅读器蛋白 YTH N6 - 甲基腺苷 RNA 结合蛋白 2（YTHDF2）的表达来驱动肿瘤发生。
除了与癌症的显著相关性外，组蛋白乳酰化还与一系列疾病有关，包括子痫前期、子宫内膜异位症、败血症休克、心肌梗死、阿尔茨海默病和各种以炎症为特征的肠道疾病。这些关联强调了乳酸作为细胞外能量底物在表观遗传调控中的作用，特别是通过组蛋白乳酰化。在缺血发作期间，缺氧导致无氧糖酵解，乳酸产生显著增加，从而增强乳酰化。多项研究验证了针对组蛋白乳酰化位点的治疗策略在减轻 IRI 和促进相关功能恢复方面的有效性。例如，近期研究阐明了组蛋白乳酰化在调节单核细胞 - 巨噬细胞的抗炎和促血管生成双重功能中的关键作用，这一过程通过促进修复基因转录，改善心肌梗死后的心脏修复和功能，其中 H3K18 位点的乳酰化在这一生理过程中起着核心作用。此外，乳酰化的组蛋白 H3K18 有望成为评估败血症休克严重程度和预测其预后的潜在生物标志物，同时调节巨噬细胞的抗炎功能。关于脑 IRI 的研究表明，乳酸脱氢酶 A 通过靶向 HMGB1 介导脑 IRI 诱导的组蛋白乳酰化，从而引发细胞焦亡，这些发现为乳酰化在与脑 IRI 相关的各种生理和病理过程中的复杂作用提供了新的见解。
系统分析当前证据揭示了关于组蛋白乳酰化修饰的几个关键方面。虽然像 H3K18 这样被广泛研究的修饰位点在各种病理条件下已得到充分<刻画，但对其他组蛋白位点的研究仍不充分。尽管这种位点特异性研究方法已取得有价值的见解，但可能限制了对组蛋白乳酰化修饰全局影响的全面理解。组蛋白乳酰化修饰的时间动态值得特别关注，例如在心肌梗死中，h3k18 乳酰化在心脏修复的不同阶段表现出明显的模式。然而，在其他疾病背景下，类似的时间分析仍然有限，特别是在 iri>
非组蛋白乳酰化
由于技术进步，尤其是液相色谱 - 质谱技术的出现，研究重点已从组蛋白乳酰化扩展到非组蛋白乳酰化。2020 年的一项研究表明，蛋白质组学分析在灰葡萄孢（一种有害的坏死性真菌病原体）中鉴定出 166 种蛋白质上的 273 个乳酰化位点。有趣的是，近三分之二的乳酰化蛋白质位于细胞质中。Sung 等人对肝库普弗细胞的研究揭示了 181 种蛋白质上的 298 个乳酰化位点，主要分布在细胞核（60%）、细胞质（28%）、线粒体（4%）、细胞突起（3%）和染色体（3%）。这些发现表明，除了组蛋白乳酰化外，大量的非组蛋白蛋白质也能够发生乳酰化。因此，随着研究的推进，有望逐渐揭示非组蛋白乳酰化与疾病发生发展之间的复杂关系。
目前对非组蛋白蛋白质乳酰化的研究主要集中在其在肿瘤、肝和肾损伤以及心力衰竭中的作用。与组蛋白乳酰化类似，非组蛋白乳酰化与多种癌症相关疾病的相关性已得到确立，包括结肠癌、肝细胞癌、肺癌、胃癌、前列腺癌、结直肠癌和胶质母细胞瘤。在肿瘤免疫逃逸中起关键作用的肿瘤浸润髓细胞受到乳酰化的显著影响。近期研究发现，甲基转移酶样 3（METTL3）的 K281 和 K345 位点的乳酰化可以有效调节其相关 RNA N6- 甲基腺苷的表观遗传修饰，从而在这些细胞中诱导免疫抑制。此外，肝脏作为乳酸的主要代谢器官，多项研究强调了乳酸积累介导的肝肿瘤中的乳酰化。例如，在乙型肝炎病毒相关的肝癌细胞中，腺苷酸激酶 2 在 K28 位点的乳酰化被发现抑制其功能，从而促进细胞增殖和转移。
值得注意的是，近期研究发现了新的非组蛋白乳酸转移酶，扩展了人们对乳酰化机制的理解。线粒体丙氨酰 - tRNA 合成酶 1（AARS1）对乳酸具有很强的亲和力，催化形成乳酸 - AMP，随后将乳酸转移到赖氨酸受体残基上，诱导 P53 的乳酰化，并通过调节 Hippo 通路等机制促进肿瘤发展。同样，AARS2 被发现通过乳酰化调节细胞代谢，具体通过限制丙酮酸和脂肪酸氧化过程中乙酰 - CoA 的流入，最终抑制氧化磷酸化。这些发现极大地丰富了非组蛋白 “写入器” 的研究领域。
此外，非组蛋白乳酰化与多种非肿瘤性疾病也存在重要联系。丙酮酸激酶 M2 是促炎巨噬细胞代谢适应的关键调节因子，是该领域的研究重点之一。Wang 等人的研究表明，由于乳酸暴露，丙酮酸激酶 M2 在 K62 位点的乳酰化水平增加，抑制了其从四聚体向二聚体的转变，增强了其丙酮酸激酶活性，减少了其核分布，从而促进促炎巨噬细胞向修复表型的转变。
值得一提的是，非组蛋白乳酰化与 IRI 之间存在显著关联。研究表明，内皮 - 间充质转化在心肌梗死后心脏纤维化的病理过程中起着核心作用。乳酸可以加速心肌梗死后的内皮 - 间充质转化过程，从而加剧心脏纤维化，恶化心脏功能，Snail1 乳酰化在这一复杂机制中起着关键作用。在心力衰竭研究领域，α - 肌球蛋白重链的乳酰化在心力衰竭进展过程中表现出动态调节特征。这种修饰不仅是整体心脏结构和功能的重要决定因素，还为缓解心力衰竭症状提供了新的方法，即通过增强 α - 肌球蛋白重链 K1897 位点的乳酰化水平。同样，在肝 IRI 的背景下，非组蛋白乳酰化也表现出独特的生物学效应。研究表明，肝细胞中的热休克蛋白 A12A（HSPA12A）可以通过抑制糖酵解介导的 HMGB1 乳酰化和肝细胞分泌活性，有效减轻肝 IRI 的病理损伤，从而减弱巨噬细胞的趋化和激活能力。这一发现表明，针对肝细胞 HSPA12A 的靶向治疗在未来肝 IRI 的临床治疗中可能具有潜力。
总体而言，积累的证据阐明了非组蛋白乳酰化调节的多种机制。第一，通过直接修饰代谢酶影响其活性和稳定性来进行代谢调节，如在糖酵解途径的调节中；第二，通过对转录因子的乳酰化修饰来调节基因表达程序，在炎症反应中尤为明显；第三，通过对结构蛋白的修饰来影响细胞结构和功能，如心脏肌球蛋白的修饰。在 IRI 的背景下，出现了几种独特的模式：细胞类型特异性，不同细胞群体表现出不同的乳酰化反应，如肝细胞 HSPA12A 介导的对 HMGB1 乳酰化的调节；时间动态性，乳酰化修饰模式在损伤和修复的不同阶段表现出动态变化；治疗意义，针对乳酰化修饰显示出治疗潜力，尽管临床转化仍然具有挑战性。
此外，目前蛋白质乳酰化领域的研究面临一些重大限制。主要的技术限制涉及体内乳酰化修饰的检测和定量。Sun 等人指出，目前基于质谱的分析方法只能识别部分乳酰化位点，可能会忽略低丰度的修饰。对组织特异性调节模式的理解也不足。虽然在各种组织中都鉴定出了乳酰化位点，但对组织特异性调节机制的理解仍然有限。例如，Hong 等人对肝细胞癌的综合分析揭示了独特的乳酰化模式，但其潜在的调节机制仍不完全清楚。同样，Sun 等人对库普弗细胞的研究显示出不同的细胞乳酰化谱，与肝细胞的发现存在显著差异，需要进一步研究。此外，乳酰化修饰的功能影响在不同的病理条件下表现出显著的背景依赖性。Yang 等人的研究表明乳酰化促进肝细胞癌的代谢适应，而 Xiong 等人的研究则揭示了乳酰化参与肿瘤浸润髓细胞介导的免疫抑制。这些看似矛盾的发现强调了在开发治疗策略时仔细评估背景特异性功能的必要性。而且，虽然一些研究表明乳酰化在某些条件下具有有益作用，但另一些研究则表明其可能存在不良影响，这强调了全面研究以理解这些矛盾现象的重要性。
在 IRI 的背景下，缺血阶段组织灌注减少导致无氧糖酵解增强和随后的乳酸积累。这种代谢变化促使组蛋白和非组蛋白蛋白质发生乳酰化，影响 IRI 的发生和进展。未来的研究将在现有证据的基础上，进一步阐明乳酰化与 IRI 之间的相互作用。接下来，我们将对已确定的与 IRI 密切相关的乳酰化位点进行全面分析，探讨这些位点的具体位置及其与 IRI 病理生理学的相关性，突出它们在损伤进展和表现中的关键作用。
乳酰化与各类疾病的关系
心肌梗死
每年，全球约有 700 万人受到急性心肌梗死（MI）的影响。尽管在治疗和诊断技术方面取得了显著进展，但 MI 仍然是全球主要的死亡原因之一。MI，通常称为心脏病发作，是由于冠状动脉中斑块积累，导致心脏血液供应和氧气供应减少。研究表明，MI 的发病机制和进展由一系列复杂的机制控制，包括活性氧和促炎介质的产生、免疫反应的激活、血管生成和淋巴管生成的刺激、心肌电生理的改变以及细胞凋亡的诱导。
近期医学研究的进展表明，表观遗传调控与心肌 IRI 的发病机制之间存在显著联系，认为表观遗传学是减轻或预防 IRI 的潜在新治疗靶点。组蛋白的表观遗传修饰包括甲基化、乙酰化、磷酸化、泛素化、SUMO 化等多种过程。目前对心肌 IRI 的研究主要探索甲基化和乙酰化改变的动态和可逆性。例如，研究表明 H3K9 甲基化的心脏保护作用可能源于其通过抑制 MAPK/NF - κB 信号通路减少炎症的作用。此外，急性心肌梗死后的炎症反应对 MI 的程度至关重要，持续的促炎反应可导致不良的心肌梗死后左心室重构，突出了炎症作为改善急性心肌梗死后预后的重要治疗靶点。有趣的是，用富含乳酸的血液进行后处理对 ST 段抬高型心肌梗死显示出良好的保护作用，这些发现强调了组蛋白表观遗传修饰和乳酸介导的炎症调节在 MI 发病机制和治疗中的重要作用。
2022 年，Wang 等人阐明了组蛋白乳酰化协调单核细胞 - 巨噬细胞的抗炎和促血管生成双重功能，这一过程有助于修复基因的转录，为心脏修复创造有利环境，增强心肌梗死后的心脏功能。随后的一项研究揭示了乳酸在促进心脏纤维化和恶化心脏功能方面的新作用，这一效应是通过促进心肌梗死后的内皮 - 间充质转化介导的，而内皮 - 间充质转化是心脏纤维化的关键因素。此外，乳酰化修饰与心力衰竭和动脉粥样硬化之间也建立了明确的关联。α - 肌球蛋白重链与肌联蛋白之间的相互作用对维持心脏结构和收缩至关重要，α - 肌球蛋白重链的动态乳酰化是心脏完整性和功能的关键决定因素。在心肌损伤期间，由于心肌细胞过度流出和消耗，细胞内乳酸水平降低，导致 α - 肌球蛋白重链 K1897 位点的乳酰化显著减少。
此外，近期研究阐明了运动对改善心脏功能和促进代谢的显著作用。一个关键机制是运动训练抑制 YTHDF2 的乳酰化，从而有效预防心肌 IRI 中的急性损伤和病理重塑。HSPA12A 也被证明在心肌保护中起着关键作用，它通过维持心肌细胞有氧糖酵解稳态和调节组蛋白 3 乳酰化，减轻心肌 IRI。这些发现强调了乳酰化在心肌 IRI 中的复杂和关键作用，它在不同的信号通路或干预条件下表现出截然不同的效果，如同双刃剑。进一步深入研究乳酰化在心肌 IRI 中的具体机制十分必要。
肝 IRI
IRI 在肝切除和肝移植等外科手术中对肝脏损伤有显著影响，是移植物功能障碍和移植后肝衰竭的主要因素。肝 IRI 涉及复杂的细胞和分子机制，导致炎症反应加剧。肝脏驻留巨噬细胞和募集的细胞产生促炎信号，包括活性氧、细胞因子、趋化因子、蛋白酶和脂质介质，这些信号触发炎症小体，加剧炎症反应，加速肝细胞坏死和凋亡。
PTMs 对几乎所有蛋白质都有深远影响，在维持蛋白质组的功能和多样性方面起着至关重要的作用。多项研究证实了 PTMs 在肝 IRI 发生和进展中的作用，其中泛素化是研究的重点领域之一。例如，NF - κB 介导的炎症反应在肝 IRI 中至关重要，K63 连接的肿瘤坏死因子受体相关因子 6 的自泛素化对 NF - κB 的激活至关重要。OTU 结构域蛋白 4 作为一种去泛素化酶，与肿瘤坏死因子受体相关因子 6 相互作用，减少其 K63 自泛素化，从而减轻肝缺血再灌注损伤。
除了泛素化，组蛋白介导的 PTMs 也与肝 IRI 有关。值得注意的是，SIRT1 可以通过激活 miR - 182 抑制 XBP1/NLRP3 炎症通路，减轻小鼠的肝 IRI；SIRT6 则通过抑制凋亡和自噬相关的细胞死亡来保护肝脏免受 IRI 的损伤。肝 IRI 的特征是两个相互关联的阶段：缺血诱导的肝细胞损伤，导致损伤相关分子模式的释放；随后免疫细胞的募集，引发炎症级联反应，加剧肝细胞损伤。HMGB1 是这一过程中的关键损伤相关分子模式。研究表明，HSPA12A 是 HSP70 家族的一个非传统成员，它抑制肝细胞中由糖酵解介导的 HMGB1 乳酰化和分泌，减少巨噬细胞的趋化和炎症激活，最终对肝 IRI 起到保护作用。乳酰化显著增加肝细胞中 HMGB1 的释放，而 HMGB1 是损伤相关分子模式的关键组成部分，积极介导随后的肝 IRI。此外，HMGB1 在 HSPA12A 对肝 IRI 的保护作用中起着不可或缺的中间桥梁作用。
这些观察结果强烈表明，组蛋白和非组蛋白的 PTMs 可能在肝 IRI 的发病机制中发挥关键作用。虽然关于乳酰化与肝 IRI 之间联系的研究仍处于起步阶段，但肝脏作为乳酸代谢的核心器官的独特地位表明，未来的进展可能会揭示更多与肝 IRI 密切相关的乳酸介导的乳酰化位点。
败血症休克
败血症休克的研究仍然是一个关键的关注领域，因为它容易引发严重的并发症和高死亡率。通常情况下，宿主的促炎反应旨在清除入侵的病原体，但可能会无意中造成附带组织损伤，在严重败血症发作时尤为明显。相反，抗炎反应对于减轻局部和全身组织损伤至关重要，但其过度激活或不适当的参与会增加继发感染的易感性。此外，先天免疫反应、凝血障碍、抗炎 / 促炎平衡的调节以及免疫抑制等因素共同在败血症休克的发生和进展中发挥作用，可能导致器官功能障碍。
败血症休克的发病机制复杂且多维度。研究表明，泛素化和乙酰化等 PTMs 与这种疾病的发生和进展有关。例如，先天免疫反应中的一个关键因素是 Toll 样受体介导的炎症，E3 连接酶 RNF99 通过与 TAK1 结合蛋白 2 相互作用并将其靶向降解，在调节 Toll 样受体介导的炎症反应中发挥关键作用，TAK1 结合蛋白 2 是激酶 TAK1 的调节蛋白，其在赖氨酸 611 处通过 K48 连接的泛素 - 蛋白酶体途径降解。此外，循环中的组蛋白如 H2B、H3 和瓜氨酸化的 H3 已被确定为败血症早期诊断和严重程度评估的有价值的生物标志物。
败血症休克是一种全身性疾病，可对多个器官系统产生深远影响。近期研究强调了 SIRT3 下调在介导丙酮酸脱氢酶 E1 组分亚基 α 的过度乙酰化和随后失活中的作用，这种改变导致肾小管上皮细胞中乳酸过度产生，促进败血症休克的发病机制。由此产生的乳酸水平升高可诱导线粒体裂变 1 蛋白的乳酰化，加剧败血症诱导的急性肾损伤；相反，降低乳酸水平和线粒体裂变 1 蛋白的乳酰化可能减轻这种损伤。进一步的研究发现，乳酰化是外周血单核细胞中的一种新型 PTM，在健康个体和危重患者中均有观察到，败血症休克患者的这种修饰的相对密度显著更高。H3K18 的乳酰化被认为调节炎症细胞因子的表达，并促进精氨酸酶 - 1 的过表达，从而增强败血症期间巨噬细胞的抗炎反应。
这些发现强调了组蛋白及其 PTMs 在败血症休克的检测和进展中的关键作用。乳酸水平（包括其时间变化）与败血症相关的发病率和死亡率以及组织缺氧和低灌注之间的强相关性进一步支持了这一点。这些研究结果表明，乳酰化作为败血症诱导损伤的治疗靶点具有潜力。鉴于败血症是一种全身性损伤疾病，某些乳酰化位点的高表达可能作为诊断和预测指标，扩大了乳酰化在败血症研究中的应用范围。因此，未来对败血症休克的研究可能会受益于对乳酸及其相关乳酰化过程的关注。
脑 IRI
中风是全球第二大死因，会导致一系列严重的脑部疾病，导致死亡和不同程度的功能障碍。缺血性脑组织的再灌注会加剧氧化应激，触发促炎细胞因子的释放增加，引发一系列病理级联反应，最终导致细胞凋亡、血脑屏障破坏、脑水肿和出血性转化。脑 IRI 的进展是多因素的，涉及小胶质细胞和星形胶质细胞的激活、免疫细胞浸润、血小板激活以及凋亡、坏死和铁死亡等多种细胞死亡途径，其中炎症级联反应是加剧脑 IRI 的核心机制。
研究表明，在局灶性和全脑缺血后，大脑中泛素 - 蛋白质结合物会升高。缺血后的泛素化在再灌注后迅速诱导，在梗死周围区域的潜在存活神经元中短暂观察到。分子生物学的最新进展揭示，基因表达可以在不改变遗传密码化学结构的情况下由 PTMs 调节，在这方面，HDACs 起着关键作用。这些酶通过从组蛋白的赖氨酸残基上去除乙酰基来抑制基因表达，导致染色质浓缩。对 HDACs 的药物抑制已被探索用于激活保护基因，并且其在脑 IRI 机制中的作用已被研究。临床前证据表明，HDAC 抑制剂可能是一种有前景且成本效益高的治疗策略，可用于增强 IRI 后的神经和心脏功能恢复，主要是通过促进血管生成、神经发生和干细胞迁移，在脑缺血的实验模型中显著减少梗死体积并增强功能恢复。
近期的一项蛋白质组学研究表明，在急性缺血性中风的大鼠模型中，皮质蛋白的乳酰化在 469 种蛋白质上的 1003 个位点发生了修饰。研究还表明，用氧 - 葡萄糖剥夺 / 复氧处理 N2a 细胞会上调 HMGB1 和乳酸的表达，并增加组蛋白乳酰化水平。乳酸脱氢酶 A 通过 HMGB1 调节脑缺血中由组蛋白乳酰化诱导的细胞焦亡，抑制乳酸脱氢酶 A 的表达已被证明可以逆转这种细胞焦亡。有趣的是，乳酰化的作用不仅限于脑缺血条件<乳酰化的作用不仅限于脑缺血条件，它似乎还与脑出血性疾病有关。脑出血是由于非创伤性脑实质内血管脆性增加和破裂导致的，与铁死亡密切相关。一项研究表明，在血红素处理的 pc12 细胞中，mettl3 的乳酰化增加，这增强了蛋白质稳定性，提高了 mettl3 的表达，进而上调了转铁蛋白受体的 m6a 水平和 mrna 表达，进一步诱导了 pc12>
最近的研究发现，包括核受体共激活因子 4、星形胶质细胞衍生的乳酸、低密度脂蛋白受体相关蛋白 1 和 cGAS 信号通路等多种分子和途径，可通过独特的乳酰化机制或直接调节整体乳酰化水平来影响脑 IRI 的进展。值得注意的是，乳酰化也是一些药物在脑 IRI 保护中的关键中间介质，比如补阳还五汤，它通过抑制广泛的赖氨酸乳酰化和特定的 H3K18 乳酰化，有效地抑制了脑 IRI 的恶化。
这些发现突出了乳酰化在脑 IRI 中的关键作用，展现出明显的双向特征，既有潜在益处，也有不可忽视的弊端。此外，乳酰化有望成为某些药物实现脑 IRI 保护的关键中间介质。鉴于葡萄糖代谢是大脑的主要能量来源，充足的血液供应对维持大脑功能至关重要。在脑缺血期间，大脑主要依靠无氧糖酵解获取能量，导致乳酸积累，进而介导乳酰化增加。值得注意的是，乳酰化与炎症之间存在明显的相互调节关系，这表明针对乳酰化可能为脑 IRI 提供有前景的干预策略。
结论与展望
充足的血液供应对维持正常身体功能至关重要，IRI 在多种疾病的发生和发展中起着关键作用，如心肌梗死、肝 IRI、败血症休克和脑 IRI 等。在组织缺血期间，细胞能量代谢发生转变，糖酵解成为主要的能量来源，这一转变可导致乳酸产生和积累增加，进而使乳酰化水平升高。
乳酰化是 2019 年由赵英明教授团队首次发现的一种 PTM，已成为 PTM 研究的关键焦点。乳酰化主要涉及由乳酸积累引发的组蛋白或非组蛋白蛋白质赖氨酸残基的修饰，与黑色素瘤、心肌梗死、肝细胞癌、阿尔茨海默病和非酒精性脂肪肝病等多种疾病的发生和发展相关。此外，研究揭示了乳酰化与炎症之间的复杂相互作用，这些调节机制不仅涉及能量代谢，还具有更广泛的生物学意义。近期研究表明，在 IRI 期间，乳酸积累和随后的乳酰化效应作为代谢应激与细胞反应之间的关键分子桥梁。乳酰化修饰与炎症调节机制之间存在复杂的双向特征，它直接调节关键炎症介质（如 NF-κB 和 STAT 蛋白）的活性，实现对炎症反应的精确调控；同时，乳酰化介导的染色质修饰建立了特定的表观遗传环境，根据不同情境调节炎症基因的表达；此外，代谢酶（如 PKM2 和 IDH3G）的乳酰化显著影响细胞能量代谢，进而影响免疫细胞功能和炎症反应。
Warburg 效应对于理解糖酵解具有重要意义，它表明乳酸的产生可在有氧和无氧条件下发生，这凸显了进一步研究酶（如 HDACs）在组蛋白 PTMs 中调节作用的必要性。研究重点之一是组蛋白乙酰化和乳酰化之间的平衡，已有研究表明，组蛋白乳酰化和乙酰化可竞争赖氨酸残基的表观遗传修饰，影响乳酸和乙酰 - CoA 的水平。未来研究需明确糖酵解途径末端的丙酮酸更倾向于参与乳酸还是乙酰 - CoA 的合成，这将对后续细胞发育过程产生影响。此外，乳酰化和乙酰化通常共享 “写入器” 和 “擦除器” 机制，在多种疾病中发挥拮抗作用。研究发现，在乳酸缺乏的条件下，H3K18 乳酰化显著降低，与基因表达模式的变化相关，而 H3K27 乙酰化的相关性则不明显，这表明乳酸可能更倾向于通过影响 H3K18 乳酰化来调节早期胚胎发育，而非 H3K27 乙酰化。
在 IRI 的背景下，大量证据表明乳酰化与其他 PTMs 之间存在显著的相互作用。在败血症期间，巨噬细胞通过单羧酸转运蛋白摄取细胞外乳酸，通过 p300/CBP 依赖的机制促进 HMGB1 乳酰化；同时，乳酸通过 Hippo/YAP 介导的 SIRT1 和 β-arrestin2 抑制以及 G 蛋白偶联受体 81（GPR81）介导的 p300/CBP 乙酰转移酶募集，诱导 HMGB1 乙酰化。由此产生的乳酰化 / 乙酰化的 HMGB1 通过巨噬细胞来源的外泌体释放，随后增强内皮细胞的通透性。体内减少乳酸产生或抑制 GPR81 介导的信号通路可显著降低循环外泌体 HMGB1 水平，从而改善多微生物败血症的生存结果。这些观察结果表明，单个蛋白质可同时发生乳酰化和乙酰化修饰，可能产生协同效应。尽管对这些 PTMs 之间竞争机制的全面理解仍需进一步研究，但目前的证据强烈表明乳酰化与其他 PTMs（尤其是乙酰化）之间存在密切的调节联系。随着研究的深入，预计将揭示乳酰化与各种 PTMs 网络之间越来越复杂和多样的相互作用。
值得注意的是，小胶质细胞中 YY1 的非组蛋白乳酰化已被确定为视网膜新生血管形成的关键因素，主要通过上调 FGF2 的表达来实现。同时，研究表明吴茱萸碱可通过调节组蛋白乳酰化和 HIF1A 的表达，有效抑制乳酸诱导的前列腺癌细胞血管生成，进而增强 Sema3A 的转录并抑制 PD-L1 的表达。这些结果清楚地表明，乳酰化在血管生成中也具有重要的调节作用，将其在 IRI 中的应用前景扩展到早期血管生成和血液供应恢复方面，加深了我们对乳酰化与 IRI 相互作用机制的全面理解。
同样值得关注的是，组蛋白上不同乳酰化位点之间的相互作用也极具研究价值。目前，已在组蛋白上鉴定出众多乳酰化位点，几乎涵盖所有五种组蛋白亚型，其中 H3K18 的研究较为深入。在多种疾病中，多个位点会同时发生修饰。近期研究表明，H3K18 和 H3K9 乳酰化在调节 CD8 T 细胞效应功能方面具有协同作用，H3K14 和 H3K9 乳酰化在促进钙化性主动脉瓣疾病的钙化过程中发挥协同作用。因此，深入探究组蛋白上不同修饰位点之间的差异和联系尤为重要。此外，乳酰化还调节多种酶的活性，或作为酶的下游途径，包括醛脱氢酶 1A3、乳酸脱氢酶 A 和 B 以及 HDAC2 等，这些途径进一步扩展了乳酰化在不同疾病中的作用方式和范围，凸显了乳酰化在调节疾病进展中的重要作用。然而，目前对组蛋白乳酰化修饰的研究主要集中在特定修饰位点，尤其是 H3K18，对其他组蛋白位点修饰的研究相对有限。尽管这种位点特异性研究方法为揭示其机制提供了有价值的见解，但可能限制了对组蛋白乳酰化修饰全局效应的全面理解。此外，组蛋白乳酰化修饰的时间动态变化需要更广泛的研究，以充分阐明其生物学意义。
总体而言，在 IRI 的背景下，缺血期间的无氧糖酵解以及再灌注期间细胞功能损伤的加剧，均有助于乳酸的产生和积累，进而诱导组蛋白或非组蛋白乳酰化，在 IRI 的进展中发挥关键作用。尽管取得了这些进展，但乳酰化仍有诸多未知之处，包括组蛋白赖氨酸残基上各种 PTMs 的复杂平衡、组蛋白和非组蛋白乳酰化之间的潜在相互作用及其对细胞功能的影响，以及它们在 IRI 病理生理学中的不同作用。值得注意的是，近期研究揭示了组蛋白和非组蛋白乳酰化修饰之间的显著相互作用，这些不同的 PTMs 共享一些关键的调节酶，如作为 “写入器” 酶的 P300 以及作为 “擦除器” 的 HDACs/SIRTs。最近对新型乙酰转移酶 AARS1 和 AARS2 的表征进一步支持了这些 PTMs 之间的协调调节机制。然而，这些修饰类型之间的精确分子相互作用及其在细胞反应中的详细协调机制仍不完全清楚，尤其是在 IRI 的背景下。对这些复杂相互作用的更深入理解可能会揭示针对乳酰化修饰的新型治疗策略。进一步研究乳酰化 “写入器” 和 “擦除器” 的分子机制，对于全面理解这一 PTM 系统以及阐明各种 PTMs 之间的复杂相互作用至关重要。值得注意的是，乳酰化与乙酰化修饰之间的调节网络可能超出目前已确定的因素，如 HDACs、组蛋白乙酰转移酶 p300 和 AARS1/2 等，这表明可能存在其他尚未发现的调节成分。
此外，深入探索 IRI 时器官间的相互作用是一个极具前景的研究方向。其中，肠道和脑 IRI 之间通过神经回路介导的快速相互作用备受关注，脑 IRI 可迅速诱导继发性肠道 IRI，这为该领域的研究开辟了新的途径。随着技术领域（尤其是蛋白质组学）的不断进步，预计将有助于识别更多的乳酰化位点，特别是非组蛋白位点，这将为研究开辟新的道路，并提供创新的干预策略。这些进展有望显著加深我们对疾病发病机制的理解，并为相关疾病的治疗方法开发提供参考。
