乳酸是体内代谢调控的支点，在心脏肥大、损伤和心力衰竭中发挥重要作用，乳酸是心脏的重要能量底物，α-肌球蛋白重链（α-MHC）与Titin的肌节相互作用对心脏结构和收缩至关重要。然而，在正常和衰竭的心脏中，调节这种相互作用的机制仍然未知。
2023年7月，中国医科大学附属第一医院孙英贤教授团队在Cell Research（IF=28.1）上，发表“α-myosin heavy chain lactylation maintains sarcomeric structure and function and alleviates the development of heart failure”的研究成果。揭示了心脏代谢通过α-MHC的乳酸依赖性修饰直接调节肌体结构和功能，为心力衰竭提供了的新治疗策略。
图形摘要：
Highlights如下：
1）α-MHC K1897在患有心力衰竭的小鼠和人类中乳酸化减少。
2）α-MHC K1897乳酸化缺失，导致心脏结构和功能受损。
3）机制上，p300和Sirtuin 1分别充当α-MHC的酰基转移酶和脱酰酶，α-MHC在赖氨酸1897上乳酸化减少，损害α-MHC与Titin的相互作用并加重心力衰竭；反之，则缓解心衰。
表达相关性：α-MHC K1897在患有心力衰竭组织中乳酸化减少，与心衰标志物BNP呈负相关。
功能研究：减少α-MHC K1897乳酸化，加重心力衰竭；反之，则缓解心衰。
机制研究：
（1）α-MHC K1897R突变减少了α-MHC与Titin的结合，加重了小鼠的心力衰竭
为了确认α-MHC K1897乳酸化对α-MHC与Titin的结合的影响，构建α-MHC K1897R突变体，进行Co-IP分析，发现与WT相比，α-MHC K1897R与Titin相互作用在生理和病理条件下均显著降低（图1a-b）。α-MHC K1897乳酸化的下调直接导致心力衰竭（图1c-d）。
（2）p300是α-MHC K1897 乳酸化的酰基转移酶
第一步，p300过表达显著上调α-MHC的乳酸化
研究显示p300可以作为酰基转移酶，催化组蛋白的乳酸化。体外和体内Co-IP实验发现p300与α-MHC相互作用（图1e-f）。另外，体外和体内Co-IP实验证实，p300激活剂可以增强α-MHC K1897的乳酸化，而p300抑制剂减弱α-MHC K1897的乳酸化（图1g-j）。此外，在心衰和心肌损伤中，Co-IP分析显示，无论是否有Ang II刺激，p300与α-MHC在H9c2细胞和小鼠心肌组织中均相互作用且没有显著变化（图1k-l）。
第二步，p300促进α-MHC与Titin相互作用
体外和体内Co-IP实验显示，抑制p300可降低α-MHC K1897乳酸化水平和α-MHC-Titin相互作用（图1m-n）；与单独刺激Ang II相比，p300抑制剂联合Ang II刺激可显著降低α-MHC K1897的乳酸化水平以及α-MHC与Titin的相互作用（图1m-n）。同时，体外和体内Co-IP实验显示，激活p300增强了α-MHC K1897乳酸化和α-MHC-Titin的相互作用（图1o-q）。与单独的Ang II刺激相比，p300激活剂和Ang II刺激联合使用可以部分恢复α-MHC K1897乳酸化和α-MHC-Titin的相互作用(图3o-q)。
表明p300是α-MHC K1897乳酸化的酰基转移酶。然而，p300并不是心力衰竭患者α-MHC K1897乳酸化降低的关
键因素。
图1 p300是α-MHC K1897 乳酸化的酰基转移酶（Ref. Fig 2/3）
（3）SIRT1是α-MHC K1897的脱酰酶
第一步，SIRT1与α-MHC互作，降低α-MHC乳酸化水平
使用p300酰基转移酶激活剂干预未能完全挽救α-MHC K1897乳酸化以及α-MHC-Titin相互作用。为进一步阐明调控机制，确定α-MHC K1897相关的脱酰酶。Sirtuin家族蛋白是关键的脱酰酶，选择SIRT1–7作为脱乳酸化α-MHC的候选蛋白，发现只有SIRT1显著降低α-MHC乳酸化水平（图2a-b）。体内和体外Co-IP实验显示，SIRT1与α-MHC相互作用（图2c-d）。构建α-MHC不同截断体并进行Co-IP实验，发现α-MHC与SIRT1相互作用的结构域为mmCoA、MIT-CorA和TMPIT（图2e）。SIRT1的过表达降低α-MHC乳酸化（图2f-g）。同样，激活SIRT1会降低α-MHC乳酸化，而抑制SIRT1则相反（图2h-i）。类似地，Co-IP分析显示，过表达或激活SIRT1降低α-MHC K1897乳酸化，抑制SIRT1则相反（图2j-q）。
图2 SIRT1是α-MHC K1897的脱酰酶（Ref. Fig 4/S5）
第二步，SIRT1抑制α-MHC与Titin互作
Co-IP分析显示Ang II刺激减弱SIRT1与α-MHC的相互作用（图2r-s）。体外和体内Co-IP实验发现，激活SIRT1或Ang II处理，下调α-MHC K1897的乳酸化，降低α-MHC-Titin的相互作用；与Ang II刺激组相比，Ang II与SIRT1激活剂联合使用可减弱α-MHC K1897乳酸化，并降低α-MHC-Titin相互作用（图3a-b）。SIRT1抑制剂处理则结果相反（图3c-d）。
这些结果表明SIRT1是α-MHC K1897的脱乙酰酶。然而，SIRT1在心力衰竭中介导α-MHC K1897脱乙酰化并不是必需的。
（4）抑制LDHA活性会降低乳酸浓度并抑制α-MHC K1897乳酸化
据报道，LDHA可以调节细胞中乳酸的含量。Co-IP分析显示，抑制LDHA能减低α-MHC K1897的乳酸化（图3e-f）。心肌特敲LDHA后，K1897乳酰酸化降低（图3g）。类似地，LDHA抑制剂或Ang II处理减少了α-MHC K1897的乳酸化及α-MHC与Titin的相互作用；与单独使用Ang II治疗相比，当Ang II与LDHA抑制剂联合使用时，α-MHC K1897乳酸化和α-MHC-Titin的相互作用进一步降低（图3h-i）。
表明心力衰竭期间LDHA降低α-MHC K1897乳酸化。
（5）乳酸钠(NALA)增加α-MHC K1897乳酸化并预防心力衰竭
根据以上结果，假设心肌细胞中乳酸浓度降低是α-MHC K1897乳酸化降低的主要介质。Co-IP分析显示NALA显著上调α-MHC K1897的乳酸化水平（图3j）。另外，NALA治疗显著增加α-MHC K1897乳酸化和α-MHC - titin相互作用（图3k）。此外，在Ang II诱导的心衰中，NALA给药后α-SMA、Col-1、Cleaved-Caspase3和Cleaved -PARP1的表达明显下降（图3l-m）。
表明，心肌细胞和心肌组织中的乳酸缺乏可能是α-MHC K1897乳酸化减少的核心介质，可以通过NALA来挽救。NALA通过增强α-MHC K1897体外和体内的乳酸化显着消除心力衰竭。
图3 抑制LDHA会降低乳酸浓度并抑制α-MHC K1897乳酸化，NALA治疗可挽救心衰（Ref. Fig 4/5/6）
结论：该研究利用蛋白质组和乳酸化修饰组发现心衰组织中α-MHC K1897乳酸化显著降低，确定p300、SIRT1、LDHA和细胞内乳酸浓度，是心力衰竭期间α-MHC K1897乳酸化的调节因子。表明，α-MHC K1897乳酸化调节α-MHC与Titin互作，并且α-MHC K1897乳酸化的减少易发生心力衰竭。心力衰竭患者心肌细胞中乳酸浓度的降低可能是α-MHC K1897乳酸化降低的主要原因。此外，NALA和MCT4抑制剂上调α-MHC K1897乳酸化并缓解心衰。总之，心肌乳酸通过α-MHC乳酸化直接调节肌节结构和功能，可作为心衰的新治疗策略
2023年7月，中国医科大学附属第一医院孙英贤教授团队在Cell Research（IF=28.1）上，发表“α-myosin heavy chain lactylation maintains sarcomeric structure and function and alleviates the development of heart failure”的研究成果。揭示了心脏代谢通过α-MHC的乳酸依赖性修饰直接调节肌体结构和功能，为心力衰竭提供了的新治疗策略。
图形摘要：
Highlights如下：
1）α-MHC K1897在患有心力衰竭的小鼠和人类中乳酸化减少。
2）α-MHC K1897乳酸化缺失，导致心脏结构和功能受损。
3）机制上，p300和Sirtuin 1分别充当α-MHC的酰基转移酶和脱酰酶，α-MHC在赖氨酸1897上乳酸化减少，损害α-MHC与Titin的相互作用并加重心力衰竭；反之，则缓解心衰。
表达相关性：α-MHC K1897在患有心力衰竭组织中乳酸化减少，与心衰标志物BNP呈负相关。
功能研究：减少α-MHC K1897乳酸化，加重心力衰竭；反之，则缓解心衰。
机制研究：
（1）α-MHC K1897R突变减少了α-MHC与Titin的结合，加重了小鼠的心力衰竭
为了确认α-MHC K1897乳酸化对α-MHC与Titin的结合的影响，构建α-MHC K1897R突变体，进行Co-IP分析，发现与WT相比，α-MHC K1897R与Titin相互作用在生理和病理条件下均显著降低（图1a-b）。α-MHC K1897乳酸化的下调直接导致心力衰竭（图1c-d）。
（2）p300是α-MHC K1897 乳酸化的酰基转移酶
第一步，p300过表达显著上调α-MHC的乳酸化
研究显示p300可以作为酰基转移酶，催化组蛋白的乳酸化。体外和体内Co-IP实验发现p300与α-MHC相互作用（图1e-f）。另外，体外和体内Co-IP实验证实，p300激活剂可以增强α-MHC K1897的乳酸化，而p300抑制剂减弱α-MHC K1897的乳酸化（图1g-j）。此外，在心衰和心肌损伤中，Co-IP分析显示，无论是否有Ang II刺激，p300与α-MHC在H9c2细胞和小鼠心肌组织中均相互作用且没有显著变化（图1k-l）。
第二步，p300促进α-MHC与Titin相互作用
体外和体内Co-IP实验显示，抑制p300可降低α-MHC K1897乳酸化水平和α-MHC-Titin相互作用（图1m-n）；与单独刺激Ang II相比，p300抑制剂联合Ang II刺激可显著降低α-MHC K1897的乳酸化水平以及α-MHC与Titin的相互作用（图1m-n）。同时，体外和体内Co-IP实验显示，激活p300增强了α-MHC K1897乳酸化和α-MHC-Titin的相互作用（图1o-q）。与单独的Ang II刺激相比，p300激活剂和Ang II刺激联合使用可以部分恢复α-MHC K1897乳酸化和α-MHC-Titin的相互作用(图3o-q)。
表明p300是α-MHC K1897乳酸化的酰基转移酶。然而，p300并不是心力衰竭患者α-MHC K1897乳酸化降低的关
键因素。
图1 p300是α-MHC K1897 乳酸化的酰基转移酶（Ref. Fig 2/3）
（3）SIRT1是α-MHC K1897的脱酰酶
第一步，SIRT1与α-MHC互作，降低α-MHC乳酸化水平
使用p300酰基转移酶激活剂干预未能完全挽救α-MHC K1897乳酸化以及α-MHC-Titin相互作用。为进一步阐明调控机制，确定α-MHC K1897相关的脱酰酶。Sirtuin家族蛋白是关键的脱酰酶，选择SIRT1–7作为脱乳酸化α-MHC的候选蛋白，发现只有SIRT1显著降低α-MHC乳酸化水平（图2a-b）。体内和体外Co-IP实验显示，SIRT1与α-MHC相互作用（图2c-d）。构建α-MHC不同截断体并进行Co-IP实验，发现α-MHC与SIRT1相互作用的结构域为mmCoA、MIT-CorA和TMPIT（图2e）。SIRT1的过表达降低α-MHC乳酸化（图2f-g）。同样，激活SIRT1会降低α-MHC乳酸化，而抑制SIRT1则相反（图2h-i）。类似地，Co-IP分析显示，过表达或激活SIRT1降低α-MHC K1897乳酸化，抑制SIRT1则相反（图2j-q）。
图2 SIRT1是α-MHC K1897的脱酰酶（Ref. Fig 4/S5）
第二步，SIRT1抑制α-MHC与Titin互作
Co-IP分析显示Ang II刺激减弱SIRT1与α-MHC的相互作用（图2r-s）。体外和体内Co-IP实验发现，激活SIRT1或Ang II处理，下调α-MHC K1897的乳酸化，降低α-MHC-Titin的相互作用；与Ang II刺激组相比，Ang II与SIRT1激活剂联合使用可减弱α-MHC K1897乳酸化，并降低α-MHC-Titin相互作用（图3a-b）。SIRT1抑制剂处理则结果相反（图3c-d）。
这些结果表明SIRT1是α-MHC K1897的脱乙酰酶。然而，SIRT1在心力衰竭中介导α-MHC K1897脱乙酰化并不是必需的。
（4）抑制LDHA活性会降低乳酸浓度并抑制α-MHC K1897乳酸化
据报道，LDHA可以调节细胞中乳酸的含量。Co-IP分析显示，抑制LDHA能减低α-MHC K1897的乳酸化（图3e-f）。心肌特敲LDHA后，K1897乳酰酸化降低（图3g）。类似地，LDHA抑制剂或Ang II处理减少了α-MHC K1897的乳酸化及α-MHC与Titin的相互作用；与单独使用Ang II治疗相比，当Ang II与LDHA抑制剂联合使用时，α-MHC K1897乳酸化和α-MHC-Titin的相互作用进一步降低（图3h-i）。
表明心力衰竭期间LDHA降低α-MHC K1897乳酸化。
（5）乳酸钠(NALA)增加α-MHC K1897乳酸化并预防心力衰竭
根据以上结果，假设心肌细胞中乳酸浓度降低是α-MHC K1897乳酸化降低的主要介质。Co-IP分析显示NALA显著上调α-MHC K1897的乳酸化水平（图3j）。另外，NALA治疗显著增加α-MHC K1897乳酸化和α-MHC - titin相互作用（图3k）。此外，在Ang II诱导的心衰中，NALA给药后α-SMA、Col-1、Cleaved-Caspase3和Cleaved -PARP1的表达明显下降（图3l-m）。
表明，心肌细胞和心肌组织中的乳酸缺乏可能是α-MHC K1897乳酸化减少的核心介质，可以通过NALA来挽救。NALA通过增强α-MHC K1897体外和体内的乳酸化显着消除心力衰竭。
图3 抑制LDHA会降低乳酸浓度并抑制α-MHC K1897乳酸化，NALA治疗可挽救心衰（Ref. Fig 4/5/6）
结论：该研究利用蛋白质组和乳酸化修饰组发现心衰组织中α-MHC K1897乳酸化显著降低，确定p300、SIRT1、LDHA和细胞内乳酸浓度，是心力衰竭期间α-MHC K1897乳酸化的调节因子。表明，α-MHC K1897乳酸化调节α-MHC与Titin互作，并且α-MHC K1897乳酸化的减少易发生心力衰竭。心力衰竭患者心肌细胞中乳酸浓度的降低可能是α-MHC K1897乳酸化降低的主要原因。此外，NALA和MCT4抑制剂上调α-MHC K1897乳酸化并缓解心衰。总之，心肌乳酸通过α-MHC乳酸化直接调节肌节结构和功能，可作为心衰的新治疗策略
