《Frontiers in Immunology》：Protein lactylation influences atherosclerotic plaque stability by regulating macrophage functions
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这篇综述深入探讨了心血管疾病研究前沿。动脉粥样硬化(AS)斑块的稳定性是决定急性心血管事件的关键。文中系统性地阐述，在斑块缺氧和高糖酵解微环境中积累的乳酸，作为一种新型蛋白质翻译后修饰——乳酸化(Kla)的底物，扮演了代谢与免疫间的桥梁。该修饰通过精确调控巨噬细胞极化(M1/M2)、程序性死亡(铁死亡/焦亡)和胞葬作用等功能，深刻影响斑块炎症、坏死核心形成及局部血栓倾向，从而成为决定斑块命运的核心机制，并为靶向代谢干预心血管疾病提供了全新视角。
引言
动脉粥样硬化是一种慢性、进行性的动脉壁炎症性疾病，是全球范围内心血管事件和死亡的主要原因。斑块的稳定性直接决定了疾病的临床结局，而不稳定斑块的破裂是触发急性血栓、导致急性冠脉综合征等危重事件的关键。在构成斑块的复杂细胞群中，巨噬细胞扮演着核心角色，其功能状态对斑块的演变至关重要。近年研究发现，在缺氧、高糖酵解的斑块微环境中大量累积的乳酸，已超越其代谢废物或能量载体的传统身份，成为一种重要的信号分子，并可作为底物驱动一种名为蛋白质乳酸化的新型翻译后修饰。这种修饰成为连接细胞代谢紊乱与免疫炎症反应的分子桥梁，通过调控巨噬细胞功能，深刻影响着动脉粥样硬化的进程。
乳酸与蛋白质乳酸化
乳酸曾长期被视为缺氧条件下糖酵解的代谢终产物。然而，从20世纪20年代发现的“瓦博格效应”开始，人们认识到乳酸的产生可能是一种主动的代谢选择。进一步研究揭示，乳酸不仅是能量载体，还通过GPR81等受体介导细胞间通讯。更具突破性的是，乳酸可直接作为酰基供体，驱动乳酸化修饰。2019年，赵英明团队首次揭示了组蛋白赖氨酸乳酸化这一修饰的生化本质：乳酸的乳酰基与靶蛋白赖氨酸残基的ε-氨基共价结合，形成乳酰化赖氨酸(Kla)。该反应由乳酸转移酶催化，并可被去乙酰化酶家族成员(如HDAC1-3, SIRT1-3)动态逆转。乳酸化广泛存在于组蛋白和非组蛋白上，例如组蛋白H3K18乳酸化(H3K18la)可调控基因转录，而非组蛋白如PKM2和HMGB1的乳酸化则能改变其活性和功能。这种修饰将细胞代谢活动的实时变化，转化为对基因转录和蛋白功能的精确调控。
动脉粥样硬化斑块内的代谢与蛋白质乳酸化
动脉粥样硬化斑块，尤其是富含免疫细胞的脂质核心区域，是典型的代谢紊乱微环境。由于灌注不足导致的结构性缺氧，稳定了HIF-1α，驱动巨噬细胞、血管平滑肌细胞等增强糖酵解，产生并积累大量乳酸。生物信息学分析显示，乳酸化相关基因在动脉粥样硬化中上调，并与巨噬细胞浸润程度正相关。在ApoE-/-小鼠模型中，免疫荧光染色证实多种乳酸化信号特异性地富集在斑块的巨噬细胞浸润区。干预性研究进一步证实，抑制乳酸转运蛋白MCT4以增加斑块内乳酸积累，可上调H3K18la水平，驱动巨噬细胞向修复性M2表型极化，最终改善斑块面积、坏死核心大小和胶原含量等关键稳定性指标。这些证据表明，蛋白质乳酸化是动脉粥样硬化斑块微环境中动态存在、连接代谢紊乱与巨噬细胞功能重编程的关键修饰。
蛋白质乳酸化以多种方式调控巨噬细胞功能
巨噬细胞极化调控及其对斑块炎症的影响
慢性非消退性炎症是驱动斑块启动、进展和最终失稳的核心。巨噬细胞作为核心炎症效应与调控细胞，其表型动态塑造着斑块微环境。在病变早期，斑块内以氧化磷酸化为代谢特征的M2型巨噬细胞为主，促进斑块稳定。随着炎症加剧，M1型巨噬细胞比例逐渐增加，其代谢重编程为有氧糖酵解，产生大量乳酸。此时，乳酸优先诱导H4K12la，直接激活LDHA、HIF-1α等基因转录，形成糖酵解-H4K12la-PKM2正反馈环路，驱动IL-1β、TNF-α等促炎因子大量释放，建立并强化促炎微环境。
随着炎症持续和乳酸累积，乳酸化修饰的时序调控效应显现。累积的乳酸在p300/CBP等乙酰转移酶催化下，特异性促进H3K18la修饰。这种在M1极化后期特异性诱导的H3K18la，能够程序性启动特定基因转录，促进组织修复和M2极化过程。H3K18la特异性富集于IL-10、TGF-β等抗炎基因及PDHA1、IDH2等TCA循环基因的启动子区，直接激活其转录，驱动巨噬细胞代谢从糖酵切换回氧化磷酸化，并向M2表型转变。在ApoE-/-模型中，抑制巨噬细胞乳酸外排转运蛋白MCT4导致细胞内乳酸积累和H3K18la水平升高，进而促进M2极化，最终减轻动脉粥样硬化。同时，乳酸也通过非组蛋白乳酸化进行负反馈调节，例如乳酸化PKM2的K62位点，稳定其高活性四聚体构象，增强胞浆丙酮酸激酶活性，但同时抑制其核转位，降低其与HIF-1α的协同促炎转录活性。因此，乳酸化修饰在多个分子层面精细平衡糖酵解代谢通量与炎症信号输出。
需指出，乳酸化对巨噬细胞命运的调控具有根本性的情境依赖性。在腹主动脉瘤进展中，H3K18la诱导GLI3激活，驱动巨噬细胞向M1表极化；而在糖尿病等慢性炎症微环境中，H4K12la主导的促炎通路可能持续激活。值得注意的是，基于M1/M2二分法的经典框架已不足以完全反映斑块内巨噬细胞的真实复杂性。单细胞测序揭示斑块巨噬细胞高度异质，乳酸化修饰的调控可能并非简单遵循M1-M2轴线，而是差异性地影响TREM2hi、增殖性等功能亚群。在超越二分法的现代细胞图谱中定位乳酸化研究，是理解其病理生理意义的关键。
调控细胞死亡与胞葬作用影响斑块坏死核心
巨噬细胞死亡和胞葬作用失效导致无法清除的细胞碎片和脂质不断积累，形成特征性的粥样坏死核心，其扩大直接驱动斑块失稳。在斑块内，乳酸驱动的高乳酸环境可诱导巨噬细胞铁死亡。研究证实，斑块内高乳酸环境驱动p300催化的H3K18la，直接上调负责m6A RNA修饰的甲基转移酶METTL3的表达。METTL3进而介导对胱氨酸/谷氨酸逆向转运蛋白编码基因SLC7A11 mRNA的m6A修饰，导致其被YTHDF2识别降解，从而抑制谷胱甘肽合成，引发脂质过氧化和铁死亡。经历铁死亡的巨噬细胞释放氧化脂质和促炎因子，直接加剧坏死核心的炎症和扩大。
此外，乳酸化修饰也参与调控巨噬细胞焦亡。体外实验表明，外源性乳酸以剂量依赖性方式升高THP-1来源巨噬细胞的整体蛋白乳酸化水平，同时激活NLRP3炎症小体依赖性焦亡和促炎细胞因子分泌。在血管平滑肌细胞向巨噬样细胞转分化的过程中，炎症信号刺激激活PI3K/AKT/ERK通路，导致Sox10蛋白S24位点磷酸化并进一步被乳酸化，共同赋予Sox10完全转录活性。活化的Sox10驱动血管平滑肌细胞重编程，诱导一系列经典巨噬细胞功能基因表达，同时上调包括GSDMD和caspase-1在内的焦亡执行蛋白，促进其炎症性死亡。在肝损伤模型中，NEDD4泛素连接酶K33位点的乳酸化直接损害其与caspase-11的结合，导致NEDD4介导的caspase-11泛素化抑制丧失，活化的caspase-11切割GSDMD，触发非经典焦亡通路。
除了促进细胞死亡，乳酸化还会削弱巨噬细胞的清理能力。H4K12la直接激活ADAM17的转录。上调的ADAM17切割吞噬受体MerTK的胞外域，从而剥夺巨噬细胞识别和吞噬凋亡细胞的能力，导致胞葬作用效率显著下降。蛋白质乳酸化精心调控的这一系列细胞事件，共同导致斑块破裂风险大幅增加。
调控动脉粥样硬化的血栓形成倾向
斑块破裂后继发的血栓形成是急性冠脉综合征等临床事件的直接原因。蛋白质乳酸化不仅通过重塑斑块结构间接影响破裂风险，还直接调控斑块内局部促血栓微环境。这种效应主要通过修饰影响血小板活化的关键介质来实现。斑块内高乳酸微环境可显著改变巨噬细胞的分泌谱。在乳酸刺激下，巨噬细胞中的HMGB1蛋白发生乳酸化和乙酰化的双重修饰，这种翻译后修饰不仅增强了HMGB1的主动分泌，还延长了其细胞外半衰期。释放到局部斑块或循环中的HMGB1作为强效的损伤相关分子模式，可结合血小板表面的TLR4，激活其下游MyD88/NF-κB信号级联，诱导血小板表面P-选择素表达，促进血小板-白细胞聚集体形成，启动凝血级联，从而显著增加血栓形成倾向。进一步实验表明，特异性抑制HMGB1的乳酸化可有效减少循环和斑块内血小板-白细胞聚集体的形成，并降低斑块内微血栓负荷。这直接证明乳酸-HMGB1乳酸化-血小板活化轴是连接代谢紊乱、炎症与急性血栓事件的关键病理桥梁。
蛋白质乳酸化对巨噬细胞功能（极化、细胞死亡、胞葬作用和血栓倾向）的多方面调控，共同决定了斑块的命运。然而，目前将乳酸化与巨噬细胞死亡、胞葬作用和血栓倾向调控联系起来的机制证据链仍不完整。许多关键发现源于使用“剂量依赖性”实验设计的体外细胞模型，其乳酸刺激浓度和模式常不能准确对应斑块内复杂动态的病理生理范围，且观察到的修饰与功能表型之间的因果方向性尚未完全阐明。
靶向蛋白质乳酸化调控网络的潜在治疗策略
靶向调节斑块微环境中的乳酸稳态
干预乳酸的产生与清除平衡，是从源头调控乳酸化水平的基础策略。一方面，抑制乳酸过度产生是直接途径。应用靶向LDHA的小分子抑制剂（如FX-11、oxamate）可有效减少丙酮酸向乳酸的转化。在动脉粥样硬化模型中，抑制LDHA已被证明可减轻巨噬细胞炎症并延缓斑块进展。此外，使用HK抑制剂（如2-DG）或PDK抑制剂如二氯乙酸，可通过抑制糖酵解通量或促进丙酮酸进入TCA循环来间接减少乳酸生成。另一方面，精确调控乳酸转运至关重要。MCT是调节细胞内乳酸浓度的门户。在巨噬细胞中，使用VB124等化合物抑制MCT4表达可增加细胞内乳酸积累，从而特异性诱导H3K18la，激活抗炎和代谢重编程基因，驱动巨噬细胞向修复性M2表型转化，增强斑块稳定性。非甾体抗炎药和槲皮素等天然产物也被发现具有MCT抑制活性，为老药新用提供了可能。
靶向乳酸化修饰的书写酶和擦除酶
直接调控乳酸化的酶促过程是实现精准治疗干预的核心。一方面，抑制书写酶活性可阻断病理性乳酸化。组蛋白乙酰转移酶p300已被证实具有广泛的乳酸转移酶活性，开发其特异性小分子抑制剂（如C646和A-485）有望破坏高乳酸环境诱导的致病性转录程序。近期研究发现，氨酰-tRNA合成酶1是一种新型的全局性乳酸转移酶，β-丙氨酸可通过占据其乳酸结合位点作为竞争性抑制剂，有效降低p53等关键蛋白的乳酸化水平，为动脉粥样硬化治疗提供了新的上游靶点。另一方面，激活擦除酶功能可能促进保护性表型。SIRT1-3和HDAC1-3具有去乙酰酶活性，这可能延伸至乳酰基的去除。例如，SIRT1激动剂白藜芦醇可能促进抗炎和修复基因的表达，同时消除HMGB1等蛋白上的致病性乳酸化修饰。和厚朴酚通过激活SIRT3下调乳酸化水平，在疾病模型中显示出潜在的保护价值。
靶向关键的乳酸化蛋白及其效应通路
干预在动脉粥样硬化中已验证的核心乳酸化蛋白及其下游通路，可使治疗策略更具靶向性。研究发现，在动脉粥样硬化进展过程中，组蛋白乳酸化相关基因如PARP12、ITGB2、ACP5和IRF8在免疫和炎症相关通路中显著富集，尤其与NLRP3炎症小体激活和巨噬细胞焦亡相关。中药复方软坚清脉方可通过调控这些基因的表达，有效抑制巨噬细胞焦亡，从而减少动脉粥样硬化斑块面积。
探索现有心血管药物的新机制
许多临床有效的心血管药物的有益机制可能部分源于其对乳酸代谢或乳酸化网络的调节，这为药物重定位提供了思路。他汀类药物可通过干扰MCT1/4的功能影响乳酸转运，从而调节细胞内乳酸水平。一线降糖药二甲双胍通过抑制HDAC3、PKM2和GAPDH等乳酸相关基因的表达来抑制乳酸产生，进一步降低H3K18la水平，从而减少活性氧生成并发挥抗炎作用。此外，SGLT2抑制剂和GLP-1受体激动剂可显著改善全身代谢状态，其卓越的心血管保护作用是否部分通过系统性地纠正动脉粥样硬化斑块内异常的乳酸化网络来实现，是未来研究中极具吸引力的方向。
总结与未来展望
总而言之，蛋白质乳酸化作为代谢物乳酸在分子层面的功能延伸，在冠状动脉粥样硬化斑块内实现了代谢重编程信号与免疫反应的关键耦合。积累于缺氧、高糖酵解斑块微环境中的乳酸，通过对关键转录因子、代谢酶和组蛋白诱导乳酸化修饰，精确调控包括驱动巨噬细胞向抗炎修复表型极化、在特定条件下参与铁死亡和焦亡等调节性细胞死亡途径、以及影响巨噬细胞胞葬作用等稳态机制在内的关键细胞过程。这些功能改变深刻影响了泡沫细胞形成、脂质积累与细胞清除的动态平衡，从而调控斑块炎症状态、富含脂质的坏死核心的大小与稳定性。进一步地，乳酸化修饰通过改变巨噬细胞分泌谱影响血小板活化，最终调节斑块破裂触发急性血栓事件的风险。靶向这一调控网络，可从调节乳酸生成、修饰酶活性或影响下游效应蛋白等多个层面直接干预斑块稳定性，为心血管疾病的代谢靶向治疗指明了新方向。
然而，该领域仍处于起步阶段，当前认知面临多重局限与争议。大多数关于蛋白质乳酸化对巨噬细胞功能调控及其治疗潜力的研究源于癌症、脓毒症等其他疾病模型，其在动脉粥样硬化特定病理背景下的直接适用性和功能验证仍显不足。尽管在斑块中检测到乳酸化信号并与巨噬细胞浸润相关，但在动脉粥样硬化特定病理背景下全面建立其直接功能作用和因果关系仍有所欠缺。多数研究依赖于相关性分析或体外乳酸干预，缺乏在复杂的动脉粥样硬化微环境中特异性操纵特定乳酸化位点以观察其对斑块表型影响的直接证据。此外，乳酸化在斑块微环境中表现出看似矛盾的双重功能：它既参与促炎过程，也参与抗炎/修复过程；既可驱动细胞死亡，也影响修复进程。这种功能导向具有高度的情境依赖性，可能受疾病阶段、局部乳酸浓度及暴露时间、巨噬细胞功能亚群的异质性、以及乳酸化与乙酰化、甲基化等其他修饰之间复杂相互作用的共同影响。目前，缺乏一个清晰的框架来预测乳酸化如何在特定的时空背景下决定巨噬细胞的命运抉择。
同时，一系列基础研究空白及其背后未解的机制仍有待解决。目前尚不清楚超越经典M1/M2二分法的巨噬细胞功能亚群是否拥有各自特异的乳酸化修饰网络及差异化的功能调控。乳酸化与乙酰化、巴豆酰化、甲基化等其他修饰在相同或相邻赖氨酸残基上的“交叉对话”如何整合信号并决定最终输出，是机制研究的深水区。此外，斑块内空间乳酸梯度如何差异性地调控不同区域巨噬细胞的乳酸化修饰和功能，其时空机制有待阐明。
靶向乳酸化网络进行治疗也面临多重挑战。首要问题是如何实现细胞和位点特异性的干预，以避免系统性地调节乳酸代谢或泛修饰酶活性带来的脱靶效应。其次，在复杂的动脉粥样硬化微环境中，调节乳酸转运或修饰酶活性的药物其药代动力学和疗效持久性需要评估。此外，需要寻找能反映斑块乳酸化活性或易损性的生物标志物，以指导患者分层和治疗监测。
因此，未来研究应致力于实现精准干预，聚焦于以下几个关键方向：阐明乳酸化在动脉粥样硬化不同阶段对巨噬细胞功能的动态调控规律；揭示斑块内空间乳酸梯度差异性地调控巨噬细胞乳酸化修饰和功能的时空机制；在超越经典M1/M2二分法的巨噬细胞功能亚型中，分析其特异的乳酸化网络及其对细胞命运的影响；并系统阐明巨噬细胞中乳酸化与乙酰化、甲基化等其他修饰的交互对话。在此基础上，着力开发针对动脉粥样硬化中乳酸化修饰的更特异性靶向工具，并寻找与斑块易损性相关的生物标志物，这些努力对于推动该机制的临床转化，为动脉粥样硬化的精准防治提供新策略至关重要。
