摘要：精准医学与蛋白组学关注国内外蛋白组学、蛋白修饰组学应用领域的科研进展，普及蛋白组学在生命科学及基础医学研究中的应用，一起交流学习。如有侵权请联系后台删除
精准医学与蛋白组学关注国内外蛋白组学、蛋白修饰组学应用领域的科研进展，普及蛋白组学在生命科学及基础医学研究中的应用，一起交流学习。如有侵权请联系后台删除
钙化性主动脉瓣膜疾病（CAVD）是一种复杂的慢性病理过程，主要特征为主动脉瓣膜增厚、钙化及纤维化，最终导致严重心血管事件。随着人口老龄化，CAVD发病率逐年上升，但尚无有效药物可延缓其进展，侵入性瓣膜置换术仍是主要治疗手段。近年来，肠道菌群在维持宿主健康中的作用日益受到关注，肠道菌群失调与多种慢性疾病密切相关，包括心血管疾病。
湖北中医药大学许康教授、王春莉副教授团队此前通过乳酰化修饰组学和抗体验证等方法，先后发现了乳酰化调控主动脉瓣钙化、及乳酰化调控肝癌干细胞干性及肿瘤进展。然而，关于肠道菌群在CAVD发病机制中的具体调控机制、及乳酰化是否以及如何参与这个调控过程，目前仍缺乏深入研究。
5月19日，湖北中医药大学许康教授、王春莉副教授科研团队联合重庆大学王贵学教授、武汉协和医院董念国教授等在（IF=23.8，实时影响因子大于35）在线发表了题为“Gut microbiota-derived butyric acid regulates calcific aortic valve disease pathogenesis by modulating GAPDH lactylation and butyrylation”的突破性成果。该研究通过整合代谢组学、乳酰化修饰组学等多组学数据，并结合修饰抗体验证方法，揭示了钙化性主动脉瓣膜疾病（CAVD）发病机制中肠道菌群的关键作用。为CAVD的治疗策略提供了新思路。
该研究基于代谢组学、乳酰化修饰组学和修饰抗体验证方法，从分子、细胞、动物、人体多个层面证实：益生菌普拉梭菌（F. prausnitzii）及其代谢产物丁酸通过特异性调控糖酵解关键酶GAPDH的乳酰化（Kla）与丁酰化（Kbu）修饰，抑制瓣膜间质细胞成骨分化，从而减缓CAVD进展。该研究首次阐明了“肠道微生物-代谢物-表观修饰”轴在CAVD中的调控作用，创新性提出了乳酰化与丁酰化的竞争性修饰作用是调控CAVD的核心分子机制。景杰生物为该研究提供了乳酰化修饰组学分析技术支持，及乳酰化（Kla）与丁酰化（Kbu）修饰抗体的定制服务。
1、主动脉瓣钙化受粪便微生物群和脏笼环境的调节
研究人员根据跨瓣压差、流速、钙沉积及瓣膜厚度等指标的测量结果（图1A，B），发现单笼饲养并摄入高脂饮食（HF）的小鼠群体中钙化水平存在显著差异。通过聚类分析、神经网络分析确定了两种类型的小鼠：一组（12）表现为难钙化（Diffct），另一组（12）则呈现易钙化（Easy）。通过脏笼实验与粪菌移植明确了肠道菌群具有调控CAVD的作用。
2、普拉梭菌是抑制瓣膜钙化的关键菌株
基于16S rRNA测序分析发现，难钙化小鼠的粪便微生物多样性更高（图2A，B，S2A，B）。通过对差异最显著的10个菌种进行深入分析，发现仅有和在所有样本中稳定存在（图2I）。其中，在钙化易感小鼠粪便中显著富集，且其丰度与钙化严重程度呈正相关，提示其可能具有促钙化作用（图2I，J）。
与之相反，普拉梭菌在易感组中丰度显著降低，其水平与Von Kossa染色阳性面积、瓣膜厚度、跨瓣压差及血流速度等钙化指标均呈显著负相关（
3、丁酸是普拉梭菌调控CAVD的核心作用介质，可改善主动脉瓣钙化
为阐明普拉梭菌与心脏瓣膜钙化病关联的分子机制，研究人员对主动脉瓣易钙化组（Easy, 12）和难钙化组（Diffct, 12）的ApoE小鼠粪便及血清样本进行代谢组学分析。结果证实丁酸可穿越肠道屏障进入血液循环，并在心脏组织蓄积发挥抗CAVD保护作用。
为进一步阐明丁酸对主动脉瓣钙化的保护作用，研究团队开展了系统的体内外验证。通过实验证实丁酸通过以下多维度机制发挥抗钙化作用：① 下调成骨信号通路关键分子（Runx2/BMP2）；② 逆转钙化相关基因表达谱改变；③ 纠正hVICs糖酵解代谢紊乱。这些发现系统阐明了丁酸在体内外抑制主动脉瓣钙化的分子基础。
4、丁酸通过竞争性抑制GAPDH乳酰化发挥抗钙化作用
为深入解析丁酸调控瓣膜钙化的分子机制，在上述糖酵解通路的高度富集提示下，研究聚焦于丁酸对蛋白质乳酰化修饰的调控作用。研究人员通过乳酰化修饰组学与IP验证，证实了甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH）是关键靶点。质谱分析进一步鉴定出GAPDH的K194、K215及K263为三个主要乳酰化修饰位点。通过构建位点突变质粒，并进一步采用细胞分子生物实验证实了GAPDH K263位点的丁酰化水平与钙化程度呈负相关，而该位点的乳酰化水平则与疾病进展正相关。
最后，对8例健康供体与8例钙化患者来源的hVICs分析显示，钙化组GAPDH K263丁酰化水平显著降低而乳酰化水平升高，两者均与Runx2/BMP2表达显著相关（图4N，O）。
综上所述，本研究发现普拉梭菌（F. prausnitzii）具有调节主动脉瓣钙化的作用，其产生的丁酸（BA）在抗钙化功能中发挥着重要作用。揭示了丁酸抗主动脉瓣钙化的新型表观遗传调控机制：通过竞争性促进GAPDH K263位点的丁酰化修饰，阻断促钙化的乳酰化修饰，从而抑制成骨信号通路激活。肠道微生物-代谢物-表观遗传修饰调控轴为钙化性主动脉瓣膜病提供了极具前景的治疗靶标。
本文一方面揭示了丁酰化（Kbu）与乳酰化（Kla）在调控糖酵解及瓣膜钙化中的串扰机制：丁酸通过促进GAPDH的K263位点丁酰化，竞争性抑制该位点的乳酰化，从而抑制异常糖酵解驱动的钙化。二者之间的竞争性调控为表观遗传修饰研究开辟了新的方向，也为理解代谢紊乱相关疾病提供了新的视角。另一方面，本文通过研究肠道菌群与钙化性主动脉瓣疾病（CAVD）的关系，揭示了“肠道菌群-代谢物-表观修饰轴”在心血管疾病中的重要作用。是一套经典的串联研究思路。为利用肠道菌群及其代谢物开发新型心血管疾病治疗策略奠定了基础。以上2个研究思路都值得我们参考借鉴。
值得一提的是，本文的通讯作者许康教授、王春莉副教授此前在新型修饰调控肿瘤、心血管疾病的发生中取得了多项重磅成果。例如：通过乳酰化等多款抗体验证证实光蛋白聚糖通过乳酸化调控主动脉瓣钙化机制、通过乳酰化修饰组学揭示其调控肝癌干细胞干性及肿瘤进展的新机制、通过功能多组学结合乳酰化抗体验证阐明了乳酰化修饰介导的肝癌抑制新机制。本文的发表，再次印证了乳酰化修饰在心血管疾病中发挥的关键作用。
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来源：景杰生物