《Advanced science》是Wiley出版集團(tuán)旗下的一本開(kāi)放獲取（Open Access）綜合性學(xué)術(shù)期刊，于2014年創(chuàng)刊。在中科院最新升級(jí)版分區(qū)表中，大類(lèi)學(xué)科為材料科學(xué)1區(qū)，小類(lèi)學(xué)科中化學(xué)綜合為1區(qū)、納米科技為2區(qū)、材料科學(xué)綜合為1區(qū)，屬于TOP期刊?！?/font>Advanced science》是一本跨學(xué)科開(kāi)放獲取期刊，涵蓋材料科學(xué)、物理和化學(xué)、醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)以及工程學(xué)等領(lǐng)域，主要發(fā)表這些領(lǐng)域的一流基礎(chǔ)和應(yīng)用研究成果。

期刊出版周期：12 issues/year；影響因子：14.1；ISSN：2198-3844；發(fā)文量：3290篇/年；

審稿速度：平均12周；版面費(fèi)：USD 5270.00；

一、研究背景與目標(biāo)

缺血性腦卒中的嚴(yán)峻性與代謝危機(jī)：缺血性腦卒中是由于腦動(dòng)脈血流中斷導(dǎo)致的腦組織損傷，是全球范圍內(nèi)致殘和致死的主要原因之一。腦組織高度依賴(lài)葡萄糖和氧氣作為能量來(lái)源。一旦缺血，能量代謝會(huì)迅速?gòu)挠醒跹趸D(zhuǎn)向無(wú)氧糖酵解，導(dǎo)致ATP耗竭并引發(fā)一系列損傷級(jí)聯(lián)反應(yīng)，最終造成神經(jīng)元死亡。

乳酸的雙重角色演變：乳酸長(zhǎng)期以來(lái)被視為糖酵解的代謝廢物和組織缺氧的標(biāo)志。然而，近年的研究顛覆了這一認(rèn)知，發(fā)現(xiàn)乳酸在腦內(nèi)扮演著更為復(fù)雜的角色。在病理?xiàng)l件下，如缺血性腦卒中，乳酸可作為重要的能量底物，通過(guò)“星形膠質(zhì)細(xì)胞-神經(jīng)元乳酸穿梭”被神經(jīng)元利用，緩解能量危機(jī)。此外，臨床和實(shí)驗(yàn)研究均表明，外源性補(bǔ)充乳酸能夠減輕缺血性腦損傷并改善神經(jīng)功能。

乳酸化修飾：連接代謝與表觀遺傳的新橋梁：2019年，張等人發(fā)現(xiàn)乳酸可以作為前體，誘導(dǎo)組蛋白上的賴(lài)氨酸發(fā)生乳酸化修飾，這是一種全新的表觀遺傳修飾。這表明乳酸不僅參與能量代謝，還能直接調(diào)控基因表達(dá)。后續(xù)研究揭示，乳酸化修飾廣泛存在于各種蛋白質(zhì)中，并在免疫調(diào)控、神經(jīng)活動(dòng)等過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。然而，在缺血性腦卒中中，特別是非組蛋白的乳酸化修飾 是否有功能，其具體機(jī)制如何，尚屬未知。

MeCP2 - 神經(jīng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子：甲基CpG結(jié)合蛋白2是一種重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，主要表達(dá)于成熟神經(jīng)元。它通過(guò)其甲基化CpG結(jié)合域識(shí)別DNA甲基化位點(diǎn)，并招募共抑制因子或共激活因子來(lái)調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄。MeCP2的功能異常與Rett綜合征等多種神經(jīng)發(fā)育障礙密切相關(guān)。在腦卒中研究中，MeCP2也被發(fā)現(xiàn)參與神經(jīng)可塑性和損傷過(guò)程，但其是否受乳酸化修飾調(diào)控，以及這種調(diào)控在卒中中的意義，尚未被探索。

本研究立足于腦卒中中的代謝-表觀遺傳交叉領(lǐng)域，旨在探究一個(gè)核心科學(xué)問(wèn)題：在缺血性腦損傷中，乳酸是否通過(guò)誘導(dǎo)非組蛋白MeCP2的乳酸化修飾，進(jìn)而調(diào)控神經(jīng)元凋亡，最終發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用？

二、關(guān)鍵技術(shù)總結(jié)

研究綜合運(yùn)用了多種體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)技術(shù)，探討MeCP2的乳酸化修飾對(duì)神經(jīng)元細(xì)胞凋亡的保護(hù)機(jī)制。

動(dòng)物模型：

采用經(jīng)典的tMCAO小鼠模型模擬臨床缺血再灌注損傷。利用MeCP2條件性敲除小鼠，并通過(guò)腺相關(guān)病毒 在神經(jīng)元中特異性過(guò)表達(dá)野生型MeCP2或K210R/K249R雙位點(diǎn)突變體，用于研究MeCP2乳酸化在特定細(xì)胞類(lèi)型中的功能。

細(xì)胞模型：

從胎鼠腦中分離原代皮層神經(jīng)元培養(yǎng)，用于體外機(jī)制研究。通過(guò)氧糖剝奪/復(fù)氧細(xì)胞模型，模擬體外缺血再灌注損傷。HEK293T細(xì)胞系用于進(jìn)行熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)、CRISPR/Cas9介導(dǎo)的MeCP2基因敲除等分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)。

乳酸化修飾檢測(cè)與組學(xué)分析：

首先，通過(guò)Western Blot使用泛乳酸化抗體對(duì)腦組織蛋白樣品進(jìn)行初步檢測(cè)，證實(shí)了腦缺血后整體蛋白質(zhì)乳酸化水平的顯著上調(diào)；接著，利用抗乳酸化抗體的免疫沉淀技術(shù)從假手術(shù)組和MCAO組的缺血半暗帶組織中特異性富集乳酸化修飾的肽段，然后結(jié)合液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)進(jìn)行深度分析，系統(tǒng)性地鑒定并定量了在腦缺血背景下發(fā)生顯著變化的乳酸化蛋白質(zhì)組譜，該蛋白質(zhì)組學(xué)分析共鑒定出1402個(gè)乳酸化位點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于468個(gè)蛋白質(zhì)，并篩選出97個(gè)上調(diào)位點(diǎn)；最后，為驗(yàn)證關(guān)鍵候選靶點(diǎn)，研究進(jìn)一步采用了平行反應(yīng)監(jiān)測(cè)這一靶向質(zhì)譜技術(shù)，對(duì)MeCP2蛋白K210等特異性乳酸化位點(diǎn)進(jìn)行了精確定量和驗(yàn)證，從而完成了從全局篩查到重點(diǎn)靶標(biāo)確認(rèn)的完整分析流。

功能與行為學(xué)評(píng)估：

TTC染色定量分析腦梗死體積；TUNEL染色與流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)細(xì)胞凋亡；神經(jīng)功能評(píng)分：包括改良神經(jīng)功能?chē)?yán)重程度評(píng)分、握力測(cè)試和步態(tài)失誤測(cè)試，全面評(píng)估小鼠的運(yùn)動(dòng)、感覺(jué)和反射功能。

藥理學(xué)與遺傳學(xué)干預(yù)：使用2-脫氧葡萄糖 抑制糖酵解，4-肉桂酸 抑制乳酸轉(zhuǎn)運(yùn)，乳酸鈉 補(bǔ)充乳酸，以調(diào)控整體乳酸化水平。使用RGFP966 抑制HDAC3，CTB 激活p300，以特異性調(diào)控MeCP2的乳酸化水平。

三、主要研究結(jié)果

1、蛋白質(zhì)乳酸化在缺血性腦卒中中具有神經(jīng)保護(hù)作用

研究發(fā)現(xiàn)，腦缺血后1天，缺血半球腦組織中的乳酸水平和整體蛋白質(zhì)乳酸化水平均顯著升高，且在缺血半暗帶區(qū)域尤為明顯。使用2-DG抑制糖酵解或4-CIN抑制乳酸轉(zhuǎn)運(yùn)入神經(jīng)元，均能顯著降低蛋白質(zhì)乳酸化水平，并導(dǎo)致梗死體積增大、神經(jīng)功能缺損加重。相反，外源性補(bǔ)充NALA可提高蛋白質(zhì)乳酸化水平，并顯著減小梗死體積，改善神經(jīng)功能。這表明蛋白質(zhì)乳酸化是一個(gè)內(nèi)在的神經(jīng)保護(hù)機(jī)制。此外，免疫熒光共定位和流式細(xì)胞術(shù)分析表明，在腦缺血后，乳酸化修飾主要發(fā)生在神經(jīng)元中，而在星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞中的變化不顯著。這提示乳酸化的神經(jīng)保護(hù)作用具有細(xì)胞類(lèi)型特異性。

圖1、蛋白質(zhì)乳酸化在缺血性腦卒中中通過(guò)抑制神經(jīng)元凋亡發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用

2、乳酸化通過(guò)抑制神經(jīng)元凋亡發(fā)揮保護(hù)作用

功能實(shí)驗(yàn)證實(shí)，抑制乳酸化會(huì)顯著增加TUNEL陽(yáng)性的凋亡神經(jīng)元數(shù)量，并上調(diào)凋亡標(biāo)志物cleaved caspase-3的水平。相反，增強(qiáng)乳酸化則能有效減少神經(jīng)元凋亡。值得注意的是，乳酸化調(diào)控主要影響凋亡通路，而對(duì)焦亡和壞死性凋亡通路影響不大。

圖2、蛋白質(zhì)乳酸化在缺血性腦卒中中通過(guò)抑制神經(jīng)元凋亡發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用

3、MeCP2是卒中中關(guān)鍵的乳酸化非組蛋白靶點(diǎn)

乳酸化蛋白質(zhì)組學(xué)分析鑒定出468個(gè)蛋白上的1402個(gè)乳酸化位點(diǎn)在腦缺血后發(fā)生顯著變化。其中，與神經(jīng)元死亡相關(guān)的蛋白中，MeCP2 的K210和K249位點(diǎn)的乳酸化水平顯著上調(diào)。

Co-IP和PLA實(shí)驗(yàn)證實(shí)，腦缺血后MeCP2的乳酸化增強(qiáng)，并且主要發(fā)生在神經(jīng)元中。此外， CUT&Tag分析發(fā)現(xiàn)，MeCP2的結(jié)合峰主要富集在基因的啟動(dòng)子區(qū)域。抑制乳酸化后，MeCP2在促凋亡基因Pdcd4 和 Pla2g6 啟動(dòng)子上的結(jié)合顯著減少。熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)和ChIP-qPCR證實(shí)，MeCP2能夠直接結(jié)合并抑制Pdcd4和Pla2g6的轉(zhuǎn)錄活性。而MeCP2的乳酸化是這一轉(zhuǎn)錄抑制功能所必需的。

圖3、MeCP2蛋白的乳酸化在腦卒中中調(diào)控神經(jīng)元凋亡

4、K210和K249是MeCP2功能性的乳酸化位點(diǎn)

序列比對(duì)顯示，K210和K249位點(diǎn)在多個(gè)物種中高度保守。點(diǎn)突變實(shí)驗(yàn)證明，將K210或K249突變?yōu)榫彼釙?huì)顯著降低MeCP2的乳酸化水平，并解除其對(duì)Pdcd4和Pla2g6的轉(zhuǎn)錄抑制。在神經(jīng)元中表達(dá)無(wú)法乳酸化的K210R/K249R突變體，會(huì)導(dǎo)致在OGD/R條件下凋亡增加，Pdcd4和Pla2g6蛋白表達(dá)上調(diào)。

圖4、MeCP2在K210和K249位點(diǎn)的乳酸化特異性調(diào)控凋亡基因表達(dá)

5、神經(jīng)元MeCP2乳酸化對(duì)改善卒中結(jié)局至關(guān)重要

圖5、神經(jīng)元MeCP2乳酸化對(duì)改善卒中結(jié)局至關(guān)重要

6、HDAC3和p300是調(diào)控MeCP2乳酸化的關(guān)鍵酶

HDAC3 是負(fù)責(zé)去除MeCP2乳酸化的去乳酸化酶。敲低HDAC3會(huì)增加MeCP2的乳酸化水平。p300 是催化MeCP2乳酸化的乳酸轉(zhuǎn)移酶。敲低p300會(huì)降低MeCP2的乳酸化水平。

而其他HDACs和乙酰轉(zhuǎn)移酶對(duì)MeCP2乳酸化沒(méi)有顯著影響。HDAC3抑制劑RGFP966治療MCAO小鼠發(fā)現(xiàn)，腦梗死體積顯著減小、小鼠的握力、神經(jīng)功能評(píng)分（mNSS）和步態(tài)均得到顯著改善。而p300激活劑CTB顯著提升了MeCP2在K210和K249位點(diǎn)的乳酸化水平。同樣導(dǎo)致了GVI PLA2和PDCD4蛋白水平的下降，同時(shí)顯著減小了腦梗死體積，并促進(jìn)神經(jīng)功能的顯著恢復(fù)。HDAC3 作為“去乳酸化酶”負(fù)向調(diào)控MeCP2乳酸化，而p300 作為“乳酸化轉(zhuǎn)移酶”正向調(diào)控MeCP2乳酸化。

圖6、靶向HDAC3和p300調(diào)控MeCP2乳酸化可作為腦卒中的治療策略

四、全文結(jié)論

腦缺血誘導(dǎo)的乳酸積累驅(qū)動(dòng)了廣泛的蛋白質(zhì)乳酸化修飾，這是一種重要的內(nèi)源性神經(jīng)保護(hù)機(jī)制。轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子MeCP2是缺血后一個(gè)關(guān)鍵的乳酸化修飾靶點(diǎn)，其K210和K249位點(diǎn)的乳酸化對(duì)神經(jīng)保護(hù)至關(guān)重要。MeCP2乳酸化通過(guò)增強(qiáng)其與促凋亡基因Pdcd4和Pla2g6啟動(dòng)子的結(jié)合，轉(zhuǎn)錄抑制這些基因的表達(dá)，從而減輕神經(jīng)元凋亡。組蛋白去乙?；?/font>HDAC3和乙酰轉(zhuǎn)移酶p300分別是MeCP2的“去乳酸化酶”和“乳酸化轉(zhuǎn)移酶”，共同精細(xì)調(diào)控其乳酸化水平。靶向MeCP2乳酸化通路，例如使用HDAC3抑制劑或p300激活劑，是一種極具潛力的缺血性腦卒中治療新策略。

五、研究意義與展望

首次揭示了非組蛋白乳酸化 在腦疾病中的關(guān)鍵作用，建立了“代謝物（乳酸）→ 表觀遺傳修飾（乳酸化）→ 轉(zhuǎn)錄調(diào)控（MeCP2）→ 細(xì)胞命運(yùn)（凋亡）→ 疾病表型（腦損傷）”的完整調(diào)控軸，深化了我們對(duì)代謝與表觀遺傳交叉對(duì)話的理解，極大地拓展了乳酸化修飾的研究疆域。同時(shí)，更精準(zhǔn)地定位到MeCP2蛋白K210和K249這兩個(gè)特定的乳酸化位點(diǎn)，為開(kāi)發(fā)高特異性藥物奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。并通過(guò)藥理學(xué)手段抑制HDAC3 或激活p300來(lái)增強(qiáng)MeCP2乳酸化，在動(dòng)物模型中能顯著改善卒中結(jié)局。為將基礎(chǔ)研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用提供了直接且可行的路徑。

參考文獻(xiàn)

M. Sun, Y. Zhang, R. Mao, Y. Chen, P. Liu, L. Ye, S. Xu, J. Jia, S. Shu, H. Li, Y. Yin, S. Xia, Y. Chen, Y. Xu, MeCP2 Lactylation Protects against Ischemic Brain Injury by Transcriptionally Regulating Neuronal Apoptosis. Adv. Sci. 2025, 12, 2415309. https://doi.org/10.1002/advs.202415309.