在生物學(xué)研究中，乳酸化修飾和能量代謝是兩個(gè)看似獨(dú)立卻又緊密相連的概念。乳酸化修飾是一種重要的蛋白質(zhì)翻譯后修飾，調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的活性和功能，進(jìn)而影響細(xì)胞的能量代謝和信號(hào)傳導(dǎo)等多個(gè)方面。能量代謝作為細(xì)胞生命活動(dòng)的核心，其中乳酸是人體細(xì)胞能量代謝的重要產(chǎn)物，乳酸的積累促進(jìn)了組蛋白賴(lài)氨酸發(fā)生乳酸化修飾。

為全面研究乳酸化修飾與能量代謝的復(fù)雜關(guān)系，拜譜生物提供了乳酸化修飾蛋白組學(xué)+靶向能量代謝組學(xué)多組學(xué)解決方案及技術(shù)服務(wù)，結(jié)合蛋白組學(xué)、修飾組學(xué)、代謝組學(xué)等技術(shù)，系統(tǒng)解析機(jī)體表型與疾病機(jī)制的關(guān)系，揭示疾病發(fā)生機(jī)制，為開(kāi)發(fā)新的診斷和治療策略提供新途徑。

下面我們將深入探討乳酸化修飾與能量代謝關(guān)系，并探討其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

/拜譜多組學(xué)解決方案/

能量代謝

細(xì)胞內(nèi)的代謝過(guò)程是其生命活動(dòng)的核心，它不僅促進(jìn)細(xì)胞的發(fā)育和成熟，還調(diào)控著細(xì)胞的功能。能量的產(chǎn)生主要依賴(lài)于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如葡萄糖和脂肪酸在無(wú)氧和有氧條件下的代謝，這些過(guò)程不僅為生物體提供生存所需的能量，還為細(xì)胞合成復(fù)雜的生物分子提供原料。在哺乳動(dòng)物體內(nèi)，細(xì)胞通過(guò)有氧呼吸和糖酵解兩種主要途徑來(lái)獲取能量。有氧呼吸主要在細(xì)胞的線粒體內(nèi)發(fā)生，通過(guò)消耗氧氣將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如糖、脂肪和蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為能量，同時(shí)產(chǎn)生大量的ATP。因此，線粒體常被形象地稱(chēng)為細(xì)胞的“能量工廠”。另一方面，糖酵解則是在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行的一種無(wú)氧代謝過(guò)程，它將葡萄糖轉(zhuǎn)化為乳酸并產(chǎn)生較少的ATP。這兩種代謝途徑是細(xì)胞能量生成的關(guān)鍵，大多數(shù)細(xì)胞能夠根據(jù)環(huán)境的變化靈活地在這兩者之間進(jìn)行切換。值得注意的是，腫瘤細(xì)胞更傾向于通過(guò)糖酵解來(lái)獲取能量，而不是通過(guò)有氧呼吸，這種代謝方式與正常細(xì)胞存在顯著差異，這種現(xiàn)象被命名為Warburg效應(yīng)。

圖源：Ly et al., Cell Metab, 2020

乳酸化修飾

細(xì)胞代謝產(chǎn)生的許多小分子不僅作為重要的底物和能量來(lái)源，還能參與細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)和基因表達(dá)調(diào)控。乳酸，作為能量代謝的核心物質(zhì)，不僅是能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵代謝產(chǎn)物，而且在維持細(xì)胞和組織的能量平衡方面具有決定性作用。腫瘤的Warburg效應(yīng)不僅為癌細(xì)胞提供了快捷的能量來(lái)源，而且所產(chǎn)生的乳酸在腫瘤微環(huán)境中展現(xiàn)出多樣的功能，不僅有利于癌細(xì)胞的存活與增殖，還可以作為信號(hào)分子，參與調(diào)控細(xì)胞周期、增殖和存活等核心生物學(xué)過(guò)程。這種能量供應(yīng)與信號(hào)傳導(dǎo)的雙重作用，使乳酸在癌細(xì)胞的生物學(xué)行為中實(shí)現(xiàn)了調(diào)控效果。在細(xì)胞代謝過(guò)程中，乳酸的積聚可以促使組蛋白賴(lài)氨酸發(fā)生乳酸化修飾。這種修飾具有動(dòng)態(tài)可逆的特性，能夠迅速對(duì)細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境的變化做出響應(yīng)。乳酸化修飾在癌癥細(xì)胞中廣泛存在，與癌癥的發(fā)生、發(fā)展和治療抵抗密切相關(guān)。大量研究顯示，乳酸化修飾可以通過(guò)調(diào)控信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、基因表達(dá)、能量代謝、免疫反應(yīng)、血管生成以及DNA損傷修復(fù)等關(guān)鍵途徑和機(jī)制，影響腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)。

圖源：Lu et al., Frontiers in Genetics, 2024

當(dāng)前，在腫瘤領(lǐng)域研究中，為了抑制乳酸化修飾以遏制腫瘤的生長(zhǎng)，可以從以下幾個(gè)方面入手。首先，通過(guò)抑制乳酸生成的策略來(lái)干預(yù)腫瘤細(xì)胞的代謝途徑。利用特定的藥物或改變腫瘤微環(huán)境，可以降低乳酸的生成，從而在源頭上控制乳酸化修飾的出現(xiàn)。其次，抑制乳酸化酶的活性可以直接影響乳酸化修飾的水平。乳酸化酶作為催化乳酸化修飾的關(guān)鍵酶，其活性的抑制將阻斷乳酸與蛋白質(zhì)的共價(jià)結(jié)合，從而減少乳酸化修飾的發(fā)生。此外，深入研究乳酸化修飾的調(diào)控機(jī)制，如信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路和表觀遺傳調(diào)控，揭示新的靶點(diǎn)，對(duì)這些靶點(diǎn)的干預(yù)可能為抑制乳酸化修飾提供新的治療手段。進(jìn)一步地，研究特異性的乳酸化抑制劑，也可以直接阻斷乳酸化修飾的過(guò)程，為癌癥治療提供更為精準(zhǔn)的干預(yù)。除腫瘤領(lǐng)域之外，乳酸化涉及多種細(xì)胞過(guò)程，包括神經(jīng)興奮、胚胎發(fā)育、免疫抑制、肺纖維化和代謝。表1中總結(jié)了參與乳酸化的關(guān)鍵底物及其相應(yīng)的生理病理功能。

圖源：Lu et al., Frontiers in Genetics, 2024

應(yīng)用場(chǎng)景

1. 癌癥：腫瘤細(xì)胞代謝異常，乳酸生成增多，導(dǎo)致乳酸化修飾水平升高，可以作為癌癥診斷的潛在標(biāo)志物。

2. 炎癥性疾病：乳酸化修飾可以調(diào)節(jié)炎癥細(xì)胞的活化和炎癥因子的表達(dá)，影響炎癥反應(yīng)的進(jìn)程。

3. 神經(jīng)退行性疾病：神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生和發(fā)展與神經(jīng)炎癥和神經(jīng)元死亡密切相關(guān)，乳酸化修飾可能參與其中。

4. 纖維化疾病：纖維化疾病的發(fā)生和發(fā)展與成纖維細(xì)胞的活化和膠原沉積密切相關(guān)，乳酸化修飾可能參與其中。

5. 糖尿病：胰島素抵抗和糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生與發(fā)展與細(xì)胞能量代謝異常密切相關(guān)。

6. 心血管疾病：心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展與血管功能和心肌能量代謝異常密切相關(guān)。

7. 骨骼疾病: 骨質(zhì)疏松的發(fā)生與發(fā)展與骨能量代謝異常密切相關(guān)。

拜譜小結(jié)

乳酸化修飾與能量代謝等研究，為疾病發(fā)生、發(fā)展和治療中的作用提供了新的視角，為未來(lái)的研究方向和疾病治療的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。拜譜生物可提供乳酸化修飾組、靶向能量代謝等多組學(xué)聯(lián)合技術(shù)服務(wù)產(chǎn)品，助力癌癥等機(jī)制機(jī)理、疾病治療等研究。拜譜生物，作為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的多組學(xué)公司，可提供完善成熟的蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)等多組學(xué)產(chǎn)品技術(shù)服務(wù)體系。結(jié)合多組學(xué)技術(shù)，拜譜生物也、推出了針對(duì)不同樣本和研究領(lǐng)域的多組學(xué)研究方案，包括腸道篇、血液篇、醫(yī)學(xué)篇等，幫助客戶(hù)解決研究難題，助力多篇高分文章的發(fā)表。歡迎大家咨詢(xún)!

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