蛋白乳酰化如何影响基因表达？机制揭秘

蛋白质翻译后修饰（PTMs）的研究不断揭示细胞调控的复杂性，其中蛋白乳酰化（protein lactylation）正逐渐成为表观遗传学研究的新热点。作为继乙酰化、甲基化之后的新型赖氨酸修饰，乳酰化不仅参与代谢-转录调控网络，还可能在肿瘤、免疫和干细胞命运决定等生物学过程中扮演关键角色。那么，蛋白乳酰化是如何调控基因表达的？其背后的分子机制又有哪些？本文将带您一探究竟。

 

一、什么是蛋白乳酰化？

蛋白乳酰化，指的是乳酸衍生的乳酰基（lactyl group）共价修饰赖氨酸残基的过程。最早于2019年由Zhang等人在《Nature》报道，他们在小鼠骨髓源性巨噬细胞中首次发现组蛋白H3的K18位点存在乳酰化修饰（H3K18la），并提出乳酸可作为转录激活信号，连接细胞代谢状态与基因表达调控。与乙酰化类似，乳酰化也通过中和赖氨酸残基上的正电荷，改变染色质构象，从而影响转录因子的结合和基因启动子的活性。

 

二、蛋白乳酰化如何调控基因表达？

1、表观遗传调控的新层级

乳酰化是表观遗传调控的重要补充机制。当前研究显示，乳酰化修饰主要发生在组蛋白H3和H4的赖氨酸位点，尤其在高糖酵解条件下显著上调。例如，在缺氧或免疫激活状态下，乳酸积聚诱导H3K18la水平升高，进而激活促炎因子的转录。

机制简述：

• 高乳酸浓度 → 增加乳酰辅酶A（lactyl-CoA）合成

• 乳酰基通过特定酶（尚未完全明确，可能与乙酰转移酶类似）转移至组蛋白赖氨酸

• 组蛋白结构变化 → 染色质松散 → 增强转录活性

 

这一过程强调了代谢状态-表观遗传-转录程序之间的耦合机制。

 

2、与免疫基因表达密切相关

在巨噬细胞中，乳酰化修饰被证明促进M2型抗炎表型相关基因的表达，例如Arg1、Mrc1等。这一发现表明乳酰化可能参与免疫反应的时间调控机制：先由炎症因子启动急性反应，再由乳酰化介导转向炎症消退。此外，乳酰化标志物在肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）中也被发现有高表达，提示其可能参与肿瘤微环境的免疫逃逸。

 

3、潜在的转录协同因子招募机制

乳酰化修饰可能改变组蛋白表面特征，从而影响“reader”蛋白（如BRD家族蛋白）的结合。虽然目前尚未发现特异性的“乳酰化识别蛋白”，但其类似乙酰化的化学属性意味着这类识别模块可能存在，且在调控基因转录的精确性中起重要作用。

 

除组蛋白外，非组蛋白乳酰化也值得关注。尽管目前乳酰化研究聚焦于组蛋白，但非组蛋白乳酰化（non-histone lactylation）现象也已被观察到。包括代谢酶、转录因子等蛋白质上的乳酰化修饰，可能进一步拓宽其在细胞命运调控、信号转导和应激响应中的功能。

 

百泰派克生物科技助力乳酰化研究深入发展

蛋白乳酰化的发现推动了表观遗传调控的新范式，但其研究仍面临修饰位点难识别、修饰酶机制不明、功能验证难度大等挑战。高分辨率质谱技术、修饰位点富集方法以及乳酰化抗体的开发，是推动该领域研究的关键工具。百泰派克生物科技基于高灵敏度Orbitrap Fusion Lumos平台，构建了完善的蛋白翻译后修饰（PTM）定量分析流程，尤其适用于：

• 低丰度乳酰化修饰位点鉴定

• 乳酰化与其他修饰（如乙酰化、磷酸化）的共修饰网络分析

• 修饰动态变化的定量追踪

 

我们还可提供乳酰化修饰的靶蛋白功能验证服务，帮助科研人员系统解析乳酰化调控网络，加速科研成果的产出。从细胞代谢副产物到转录调控信号分子，乳酸通过乳酰化这一新颖方式展现了代谢-表观遗传-转录耦合的新机制。随着研究深入，蛋白乳酰化有望成为表观遗传调控网络中的关键节点，并为肿瘤免疫、慢性炎症、干细胞重编程等研究方向提供新的切入点。百泰派克生物科技致力于为您提供高质量的PTM组学解决方案，助力破解乳酰化背后的调控密码。

 

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