乳酸化再立新功！哈医大二院吴健：运动驱动乳酸化缓解动脉粥样硬化

摘要：此前研究表明，运动通过改变全局性蛋白重塑和蛋白翻译后修饰来发挥作用。如：运动训练产生的乳酸通过增强突触体相关蛋白91（SNAP91）的乳酸化，进而增强内侧前额叶皮层（mPFC）中的突触结构形成和神经元活动，缓解压力应激导致的焦虑行为（点击链接详细阅读：Cell

动脉粥样硬化性心血管疾病（ASCVD）是全球主要死亡原因，运动可降低该病发生，然而具体的调控机制仍不清楚。

此前研究表明，运动通过改变全局性蛋白重塑和蛋白翻译后修饰来发挥作用。如：运动训练产生的乳酸通过增强突触体相关蛋白91（SNAP91）的乳酸化，进而增强内侧前额叶皮层（mPFC）中的突触结构形成和神经元活动，缓解压力应激导致的焦虑行为（点击链接详细阅读：Cell Metab | 暨南大学张力：运动缓解焦虑-乳酸化新机制）。然而，乳酸化在运动缓解动脉粥样硬化性心血管疾病进展中的作用机制仍然知之甚少。

近日，哈尔滨医科大学附属第二医院心内科吴健教授团队在Theranostics（IF=12.4）期刊上发表了题为“Methyl-CpG-binding 2 K271 lactylation-mediated M2 macrophage polarization inhibits atherosclerosis”的研究论文。本研究揭示了运动通过乳酸化改善动脉粥样硬化的新机制，并确定了RUNX1为运动疗法的潜在药物靶点。

该研究首先发现运动驱动的乳酸化可促进巨噬细胞极化进而抑制动脉粥样硬化。而后通过对运动组和久坐组的主动脉组织进行乳酸化修饰组学分析，结果锁定到MeCP2 K271位点，并鉴定到其writer和eraser。进一步结合乳酸化系列抗体验证、CUT&Tag技术等进行机制解析发现：运动通过MeCP2 K271la-H3K36me3/RUNX1通路改善动脉粥样硬化，也为运动疗法提供了一个潜在药物靶点。景杰生物为该研究提供修饰泛抗体、组蛋白位点抗体、定制抗体共7款抗体支持及乳酸化修饰组学服务。

运动促进M2巨噬细胞极化和H3K36me3去甲基化

为阐明运动对动脉粥样硬化的防治作用，研究人员首先建立了运动和久坐小鼠模型。与预期结果一致，运动可显著减少动脉斑块面积和脂质浸润。细胞水平上，运动增加了主动脉斑块中M2巨噬细胞比例。此外，H3K36me3修饰水平在主动脉斑块巨噬细胞中降低。以上结果表明，运动诱导斑块中M2巨噬细胞极化并抑制动脉粥样硬化进展，H3K36me3去甲基化可能参与该调控过程。

多项实验表明，运动可提升主动脉斑块中M2巨噬细胞蛋白整体乳酸化修饰水平，体外实验进一步发现，乳酸刺激促进M2巨噬细胞极化，并介导H3K36me3去甲基化，说明运动驱动的乳酸化使H3K36me3去甲基化并促进M2巨噬细胞极化。

图1 运动促进M2巨噬细胞极化和H3K36me3去甲基化

MeCP2 K271乳酸化是运动缓解动脉粥样硬化的关键

为全面了解运动介导的乳酸化修饰调控作用，研究人员收集运动组和久坐组主动脉样本进行乳酸化修饰组学分析。结果发现，MeCP2 K271位点是两组间乳酸化修饰丰度变化倍数最大的位点，且是该蛋白上唯一发生乳酸化修饰的位点，暗示其关键的调控作用。研究人员进一步通过MeCP2 K271la定制抗体证实运动组MeCP2 K271la显著上调，表明MeCP2 K271la是运动缓解动脉粥样硬化的关键修饰。

此外，研究人员还通过一系列实验鉴定到MeCP2 K271la的writer和eraser，分别是P300和HDAC3。

MeCP2 K271位点突变的体内和体外实验表明，转染MeCP2 K271WT的M2巨噬细胞比例、细胞浸润和M2样基因比例均增加，而MeCP2 K271点突变结果则相反，表明运动介导MeCP2 K271la促进M2巨噬细胞极化，进而缓解动脉粥样硬化。

图2 运动介导的巨噬细胞MeCP2 K271乳酸化修饰鉴定

MeCP2 K271la改善动脉粥样硬化的分子机制

为探究MeCP2 K271la改善动脉粥样硬化的分子机制，研究人员从其对H3K36me3的调控作用切入，通过CoIP等实验发现运动可引发MeCP2 K271la与H3K36me3直接互作，介导M2巨噬细胞极化表型。

为进一步揭示分子调控机制，研究人员对MeCP2 K271la进行了CUT&Tag分析，与久坐组相比，运动组小鼠中MeCP2 K271la总富集峰（运动组：3452 VS 久坐组：345）和特异富集峰（运动组：2332 VS 久坐组：863）数量显著更多。MeCP2 K271la和H3K36me3的CUT&Tag结果联合分析结果显示重叠峰从6个增至88个。以上结果表明，运动可增加 MeCP2 K271la丰度及其在基因组上的富集，且参与H3K36me3调控基因的调节过程。

此外，ATAC-seq分析显示，与久坐组相比，运动组小鼠的染色质开放性有所增加。CUT&Tag与ATAC-seq联合分析鉴定到四个基因（ARG/IL-10/iNOS/TNF-α）的差异表达可能是对 MeCP2 K271la与H3K36me3互作的次级响应。值得注意的是，由H3K36me3和MeCP2 K271la共同调控的差异表达基因先前就与抑炎的M2巨噬细胞极化相关联。

以上结果揭示了运动介导了MeCP2 K271la与H3K36me3之间的互作，参与了染色质重塑以及M2型巨噬细胞极化过程。

图3 MeCP2 K271 la 与H3K36me3互作

RUNX1是介导运动缓解动脉粥样硬化的核心转录因子

为确定介导运动缓解动脉粥样硬化的核心转录因子，研究人员通过CUT&Tag和ATAC-seq联合分析发现，转录因子RUNX1与MeCP2 K271la-H3K36me3互作以及染色质开放性存在显著关联。

对斑块进行RUNX1和M2巨噬细胞标志物CD206的共染结果显示，与久坐组相比，运动组小鼠中的RUNX1表达量显著降低，表明RUNX1影响M2型巨噬细胞极化。此外，运动介导的RUNX1表达下降受到MeCP2 K271la-H3K36me3通路调控，表明MeCP2 K271la-H3K36me3互作对于调控RUNX1以诱导抑炎的M2巨噬细胞极化是必需的。

通过RUNX1抑制剂Ro5-3335对RUNX1进行抑制可减少动脉粥样硬化斑块形成，增加病变稳定性，并改善动脉粥样硬化性心血管疾病的预后。

图4 RUNX1是介导运动缓解动脉粥样硬化的核心转录因子

综上所述，该研究揭示了运动可诱导MeCP2 K271位发生乳酸化修饰，并驱动抑炎的M2巨噬细胞极化，最终改善动脉粥样硬化。此外，该研究还确定了RUNX1可作为运动疗法的一个潜在药物靶点。

图5 机制图解

文章所用景杰抗体产品

景杰评述

文章亮点1 非组蛋白乳酸化修饰的表观调控机制

组蛋白是乳酸化修饰参与表观修饰调控的主要研究对象，而本研究另辟蹊径，通过乳酸化修饰组学鉴定到核蛋白MeCP2上存在乳酸化修饰，并针对修饰位点定制开发抗体，通过CUT&Tag实验揭示其调控特点，为非组蛋白乳酸化修饰的表观调控机制研究提供了经典范式。

文章亮点2 乳酸化-甲基化修饰cross-talk

翻译后修饰之间cross-talk可以整合不同通路的信号，增加调控的复杂性和多样性。该研究发现了MeCP2 K271la与H3K36me3之间的相互作用参与染色质调控，这对于调控RUNX1来诱导抑炎的M2巨噬细胞极化是必不可少的。

定制修饰抗体能够靶向修饰蛋白的特定修饰位点，为研究者提供了一种强大的工具，使修饰研究更加精细化。景杰生物可以提供高特异性、高亲和力的各类修饰/非修饰抗体定制服务，目前已为62+特殊物种成功开发定制抗体，成功率高达95%，合作项目成果接连见刊于Cell, Nature, Science, Nature Genetics, Cancer Cell, Cell Research 等国际顶尖杂志，涵盖医学、动植物学等各领域。欢迎各位老师前来咨询！！