乳酸 ( lactate ) 是细胞糖酵解途径重要的含碳代谢产物，它的生物学功能得到了广泛关注。在大脑中，乳酸在生理和病理条件下发挥不同的调控作用，如学习记忆和情绪调节。大脑中的乳酸已成为一种能量底物和有价值的信号分子，与20多种神经精神疾病有关。

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乳酸化修饰  ( lactylation，Kla )  是2019年芝加哥大学赵英明教授课题组在Nature杂志报道的全新蛋白质翻译后修饰类型 [1]。后续研究进一步证实，蛋白质乳酸化修饰是乳酸发挥功能的重要方式，参与糖酵解相关细胞功能[2]、巨噬细胞极化[3]、肿瘤增殖调控[4]等重要生命活动。然而，尚不清楚赖氨酸乳酸化是否发生在脑细胞中？乳酸是否通过乳酸化修饰参与神经系统调控？

近日，生物预印本bioRxiv上传了日本藤田医科大学的科学家题为“Protein lactylation induced by neural excitation的研究论文。该研究发现神经兴奋可引起大脑蛋白质发生乳酸化修饰，并揭示了脑细胞中赖氨酸乳酸化受乳酸水平、神经兴奋和行为相关刺激的系统性变化的调节。这项研究为探索脑内蛋白质乳酸化介导的神经元活动的新作用开辟了一条途径。景杰生物为该项研究提供了高特异性乳酸化修饰泛抗体（PTM-1401)。

通过Western Blot分析研究人员在小鼠脑组织中检测到Kla，并观察到Kla信号存在整个神经细胞，包括细胞体和突起。在原代培养的神经元中，神经元细胞核区域的信号相对较弱（图1a,b)。乳酸化修饰是否是由伴随乳酸水平变化的刺激物诱导的？研究者进一步发现，乳酸处理显著增加原代培养神经元中的Kla免疫反应性（图1c，d)。使用4-CIN和MCT2抑制剂阻止乳酸转运到神经元，Kla的增加被抑制（图1d)。此外，乳酸处理还增加了小鼠前额叶皮质（PFC）的Kla免疫反应性（图1f–h)，但在海马体中没有增加，提示外源性乳酸以区域依赖的方式刺激大脑中的蛋白质乳酸化。蛋白质乳酸化普遍发生在大脑的神经细胞中，包括谷氨酸能神经元、GABA能神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞（图1i)。

最后，研究者们利用Kla抗体免疫沉淀和质谱技术（质谱策略）分析了抑郁小鼠和对照小鼠的PFC（样本策略），鉴定到小鼠PFC中63种候选的赖氨酸乳酸化蛋白。GO富集分析表明这些蛋白质主要富集在核小体和组蛋白相关的生物过程中。其中12个蛋白在SDS抑郁刺激中发生显著变化，包括7个上调蛋白，5个下调蛋白。值得注意的是，12个改变的蛋白质中包括组蛋白H1的4个亚型，并且都被上调，这表明SDS增加了组蛋白H1的乳酸化。进一步用组蛋白H1抗体进行免疫沉淀，然后用Kla抗体进行Western Blot印迹分析。结果表明在PFC中，59.5%的细胞的组蛋白H1阳性，几乎所有组蛋白H1阳性细胞（94.6%）为Kla阳性（图4a，b)。显微镜超分辨率成像观察到细胞核中的组蛋白H1和Kla双阳性结构，提示组蛋白H1处存在赖氨酸乳酸化（图4c)。与对照组小鼠相比，抑郁小鼠细胞核中的双阳性结构增加（图4d)，进一步支持SDS处理增强PFC中组蛋白H1的赖氨酸乳酸化水平。

总而言之，这项研究首次对大脑和神经元细胞中的乳酸化水平进行系统分析，为探索大脑中的蛋白质乳酸化是否与神经精神疾病的病因和病理生理学的提供了指引方向。结果表明赖氨酸乳酸化广泛存在大脑中，并受神经元活动的调节。抑郁小鼠中神经活性标记物c-Fos、乳酸、Kla都显著上升，表明抑郁情绪与神经兴奋引起的大脑蛋白质乳酸化有关，为下一步揭示乳酸化修饰在细胞和行为水平上对每种蛋白质发挥功能提供了数据。