乳酸是缺氧条件下细胞呼吸的重要副产物，缺氧条件下糖酵解产生的丙酮酸会进一步被分解生成乳酸以及NADH，进而为细胞供能。在肿瘤细胞中，即便是氧气很充足的条件下仍然选择更多地利用糖酵解产生大量乳酸，这种现象也被称为Warburg效应。之前乳酸一直被认为仅仅是糖酵解产生的副产物，而这篇文章则首次鉴定到了组蛋白上的乳酰化，并发现乳酸可通过乳酰化修饰调控基因表达。
作者首先从质谱数据中鉴定到了组蛋白中赖氨酸乳酰化修饰的特征质量差 (+72.021 Da)，并通过合成肽段验证、代谢标记等生化及细胞生物学手段验证组蛋白赖氨酸残基上乳酰化修饰的存在。为验证乳酰化修饰与内源性乳酸浓度的联系，作者首先证实葡萄糖处理细胞可以提高内源性乳酸以及组蛋白乳酰化修饰水平，进一步地，western blot以及葡萄糖代谢标记结合定量质谱结果均表明乳酸合成抑制剂可降低内源性乳酸水平以及乳酰化修饰水平，而氧化磷酸化抑制剂则有与之相反的效果。这些证据表明细胞内源性乳酸合成是乳酰化修饰的关键调控因素。
为探究组蛋白乳酰化修饰的生理学功能，作者主要针对于M1巨噬细胞极化展开研究。前人研究表明促进炎症的M1巨噬细胞被活化后会发生代谢重编程，使代谢更倾向于糖酵解，从而产生更多的乳酸。为了探究乳酰化修饰是否参与M1巨噬细胞极化的调控，作者测定了M1活化后细胞内乳酸浓度以及乳酰化水平的动态变化，结果表明LPS和IFNg处理后16- 24h M1中乳酸浓度以及乳酰化水平均出现上调。利用葡萄糖代谢标记结合定量质谱作者发现在M1巨噬细胞24小时极化过程中乳酰化修饰逐渐累积增加，而乙酰化修饰则很早就达到峰值（3小时）并保持稳定甚至开始小幅下降，提示两种修饰有不同的动力学特征。
进一步地，为探究组蛋白乳酰化修饰对基因表达的影响，作者利用CHIP-seq鉴定出H3K18la富集的基因，并利用RNA-seq测定LPS和IFNg 刺激后M1巨噬细胞中这些基因对应mRNA的含量变化，并结合乳酸合成抑制剂和氧化磷酸化抑制剂进行了一系列实验，结果表明H3K18la修饰集中于基因启动子区域，并且发现H3K18la调控的基因表达表现出独特的动态变化模式，LPS刺激16或24h 后H3K18la修饰水平上调导致H3K18la富集基因的表达上调，与之相对应的是M1中炎症响应相关基因在刺激4h之后出现表达峰值而之后下降。这种基因调控的模式与乳酰化和乙酰化的动态性很吻合。GO分析表明H3K18la富集基因大部分富集在和炎症无关的生物通路中，而是促进细胞回到稳态的通路，比如arg1和伤口愈合通路。有趣的是，arg1确是M2 巨噬细胞的产物，提示巨噬细胞在M1巨噬细胞极化晚期通过产生乳酸和乳酰化修饰来调控基因表达并促使细胞恢复稳态。为证明乳酰化修饰最基因表达的调控作用，作者利用条件性敲除乳酸脱氢酶，以及体外加乳酸刺激来降低或者增加巨噬细胞证明M1极化过程中乳酸和乳酰化修饰的水平。在条件性敲除乳酸脱氢酶的巨噬细胞中，M1极化24小时，Arg1染色质启动子区的乳酸化修饰大大降低并且Arg1的表达受到抑制；反之，在正常巨噬细胞M1极化的同时打入乳酸，24小时后Arg1染色质启动子区的乳酰化修饰进一步升高并且Arg1的表达进一步活化，与促进细胞稳态的M2极化通路的基因表达升高。为了更进一步证明乳酰化修饰对基因调节的直接作用，作者通过体外重组染色质的转录体系证实修饰乳酰化可直接激活基因的转录。
总而言之，这篇文章鉴定到了组蛋白上的乳酰化修饰，并证实乳酰化修饰水平受到内源乳酸水平调控，此外还发现了M1巨噬细胞极化过程中组蛋白乳酰化修饰可直接调控特定基因的转录，表明这一修饰具有重要的生物学功能，为之后进一步研究细胞代谢状态与基因调控的关联提供了证据。考虑到乳酸代谢在众多正常的生理以及病理过程中广泛的被调节并且可能发挥重要作用，例如干细胞分化和肿瘤发生等，新发现的组蛋白乳酸修饰可能为更广泛的研究提供一个新的思路和分子机制。
本文作者：LT
