《Cell Res》解讀：“乳酸化修飾”調控心力衰竭新機制

乳酸是體內代謝調控的支點，在心臟肥大、損傷和心力衰竭中發揮重要作用，乳酸是心臟的重要能量底物，α-肌球蛋白重鏈（α-MHC）與Titin的肌節相互作用對心臟結構和收縮至關重要。然而，在正常和衰竭的心臟中，調節這種相互作用的機制仍然未知。

2023年7月，中國醫科大學附屬***醫院孫英賢教授團隊在Cell Research（IF=28.1）上，發表“α-myosin heavy chain lactylation maintains sarcomeric structure and function and alleviates the development of heart failure”的研究成果。揭示了心臟代謝通過α-MHC的乳酸依賴性修飾直接調節肌體結構和功能，為心力衰竭提供了的新治LIAO策略。

圖形摘要：

Highlights如下：

1）α-MHC K1897在患有心力衰竭的小鼠和人類中乳酸化減少。

2）α-MHC K1897乳酸化缺失，導致心臟結構和功能受損。

3）機制上，p300和Sirtuin 1分別充當α-MHC的酰基轉移酶和脫酰酶，α-MHC在賴氨酸1897上乳酸化減少，損害α-MHC與Titin的相互作用并加重心力衰竭；反之，則緩解心衰。

表達相關性：

α-MHC K1897在患有心力衰竭組織中乳酸化減少，與心衰標志物BNP呈負相關。

功能研究：

減少α-MHC K1897乳酸化，加重心力衰竭；反之，則緩解心衰。

機制研究：

（1）α-MHC K1897R突變減少了α-MHC與Titin的結合，加重了小鼠的心力衰竭

為了確認α-MHC K1897乳酸化對α-MHC與Titin的結合的影響，構建α-MHC K1897R突變體，進行Co-IP分析，發現與WT相比，α-MHC K1897R與Titin相互作用在生理和病理條件下均明顯降低（圖1a-b）。α-MHC K1897乳酸化的下調直接導致心力衰竭（圖1c-d）。

（2）p300是α-MHC K1897 乳酸化的酰基轉移酶

第一步，p300過表達明顯上調α-MHC的乳酸化

研究顯示p300可以作為酰基轉移酶，催化組蛋白的乳酸化。體外和體內Co-IP實驗發現p300與α-MHC相互作用（圖1e-f）。另外，體外和體內Co-IP實驗證實，p300JI***劑可以增強α-MHC K1897的乳酸化，而p300抑制劑減弱α-MHC K1897的乳酸化（圖1g-j）。此外，在心衰和心肌損傷中，Co-IP分析顯示，無論是否有Ang II刺激，p300與α-MHC在H9c2細胞和小鼠心肌組織中均相互作用且沒有明顯變化（圖1k-l）。

第二步，p300促進α-MHC與Titin相互作用

體外和體內Co-IP實驗顯示，抑制p300可降低α-MHC K1897乳酸化水平和α-MHC-Titin相互作用（圖1m-n）；與單獨刺激Ang II相比，p300抑制劑聯合Ang II刺激可明顯降低α-MHC K1897的乳酸化水平以及α-MHC與Titin的相互作用（圖1m-n）。同時，體外和體內Co-IP實驗顯示，JI***p300增強了α-MHC K1897乳酸化和α-MHC-Titin的相互作用（圖1o-q）。與單獨的Ang II刺激相比，p300JI***劑和Ang II刺激聯合使用可以部分恢復α-MHC K1897乳酸化和α-MHC-Titin的相互作用(圖3o-q)。

表明p300是α-MHC K1897乳酸化的酰基轉移酶。然而，p300并不是心力衰竭患者α-MHC K1897乳酸化降低的關鍵因素。

圖1 p300是α-MHC K1897 乳酸化的酰基轉移酶（Ref. Fig 2/3）

（3）SIRT1是α-MHC K1897的脫酰酶

第一步，SIRT1與α-MHC互作，降低α-MHC乳酸化水平

使用p300酰基轉移酶JI***劑干預未能完全挽救α-MHC K1897乳酸化以及α-MHC-Titin相互作用。為進一步闡明調控機制，確定α-MHC K1897相關的脫酰酶。Sirtuin家族蛋白是關鍵的脫酰酶，選擇SIRT1–7作為脫乳酸化α-MHC的候選蛋白，發現只有SIRT1明顯降低α-MHC乳酸化水平（圖2a-b）。體內和體外Co-IP實驗顯示，SIRT1與α-MHC相互作用（圖2c-d）。構建α-MHC不同截斷體并進行Co-IP實驗，發現α-MHC與SIRT1相互作用的結構域為mmCoA、MIT-CorA和TMPIT（圖2e）。SIRT1的過表達降低α-MHC乳酸化（圖2f-g）。同樣，JI***SIRT1會降低α-MHC乳酸化，而抑制SIRT1則相反（圖2h-i）。類似地，Co-IP分析顯示，過表達或JI***SIRT1降低α-MHC K1897乳酸化，抑制SIRT1則相反（圖2j-q）。

圖2 SIRT1是α-MHC K1897的脫酰酶（Ref. Fig 4/S5）

第二步，SIRT1抑制α-MHC與Titin互作

Co-IP分析顯示Ang II刺激減弱SIRT1與α-MHC的相互作用（圖2r-s）。體外和體內Co-IP實驗發現，JI***SIRT1或Ang II處理，下調α-MHC K1897的乳酸化，降低α-MHC-Titin的相互作用；與Ang II刺激組相比，Ang II與SIRT1JI***劑聯合使用可減弱α-MHC K1897乳酸化，并降低α-MHC-Titin相互作用（圖3a-b）。SIRT1抑制劑處理則結果相反（圖3c-d）。

這些結果表明SIRT1是α-MHC K1897的脫乙酰酶。然而，SIRT1在心力衰竭中介導α-MHC K1897脫乙酰化并不是必需的。

（4）抑制LDHA活性會降低乳酸濃度并抑制α-MHC K1897乳酸化

據報道，LDHA可以調節細胞中乳酸的含量。Co-IP分析顯示，抑制LDHA能減低α-MHC K1897的乳酸化（圖3e-f）。心肌特敲LDHA后，K1897乳酰酸化降低（圖3g）。類似地，LDHA抑制劑或Ang II處理減少了α-MHC K1897的乳酸化及α-MHC與Titin的相互作用；與單獨使用Ang II治LIAO相比，當Ang II與LDHA抑制劑聯合使用時，α-MHC K1897乳酸化和α-MHC-Titin的相互作用進一步降低（圖3h-i）。

表明心力衰竭期間LDHA降低α-MHC K1897乳酸化。

（5）乳酸鈉(NALA)增加α-MHC K1897乳酸化并預防心力衰竭

根據以上結果，假設心肌細胞中乳酸濃度降低是α-MHC K1897乳酸化降低的主要介質。Co-IP分析顯示NALA明顯上調α-MHC K1897的乳酸化水平（圖3j）。另外，NALA治LIAO明顯增加α-MHC K1897乳酸化和α-MHC - titin相互作用（圖3k）。此外，在Ang II誘導的心衰中，NALA給藥后α-SMA、Col-1、Cleaved-Caspase3和Cleaved -PARP1的表達明顯下降（圖3l-m）。

表明，心肌細胞和心肌組織中的乳酸缺乏可能是α-MHC K1897乳酸化減少的重要介質，可以通過NALA來挽救。NALA通過增強α-MHC K1897體外和體內的乳酸化顯著消除心力衰竭。

圖3 抑制LDHA會降低乳酸濃度并抑制α-MHC K1897乳酸化，NALA治LIAO可挽救心衰（Ref. Fig 4/5/6）

結論：該研究利用蛋白質組和乳酸化修飾組發現心衰組織中α-MHC K1897乳酸化明顯降低，確定p300、SIRT1、LDHA和細胞內乳酸濃度，是心力衰竭期間α-MHC K1897乳酸化的調節因子。表明，α-MHC K1897乳酸化調節α-MHC與Titin互作，并且α-MHC K1897乳酸化的減少易發生心力衰竭。心力衰竭患者心肌細胞中乳酸濃度的降低可能是α-MHC K1897乳酸化降低的主要原因。此外，NALA和MCT4抑制劑上調α-MHC K1897乳酸化并緩解心衰。總之，心肌乳酸通過α-MHC乳酸化直接調節肌節結構和功能，可作為心衰的新治LIAO策略