01 研究背景
在缺血再灌注損傷期間產生的乳酸會促進蛋白質的乳酸化，蛋白質的乳酸化與基因表觀遺傳調節有關，參與多種疾病生理過程。乳酸和蛋白質乳酸化在心臟缺血中的發散作用可能會揭示再灌注療法中潛在的預防措施。2025年1月25日，中國醫學科學院阜外醫院胡盛壽院士、周冰瑩教授團隊在Nature Communications (IF 14.7)上發表文章“Serpina3k lactylation protects from cardiac ischemia reperfusion injury”，發現SA3K在I/R期間對維持心臟功能至關重要，SA3K乳酸化增強了蛋白質的穩定性。心臟成纖維細胞（FBs）是SA3K的主要細胞來源，SA3K通過抑制WNT途徑保護心肌細胞。
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基因信息
Serpina3k：絲氨酸蛋白酶抑制因子
實驗動物
9周齡雄性C57BL/6小鼠
病毒產品
AAV9-EV
AAV9-FSP1-SA3K-WT
AAV9-FSP1-SA3K-K351R
病毒劑量
5×1011 vg/ml，200 μl
AAV9介導SA3K-WT、SA3K-K351R在心臟中表達
02 結果展示
1. L乳酸通過增強蛋白質穩定性來上調SA3K水平
作者發現在I/R或H-N損傷時，SA3K及其人類同源物SA3在心臟FB（成纖維細胞）中的蛋白質表達和乳酸化水平均增加。有研究表明蛋白賴氨酸乳酸化水平受乳酸影響，且蛋白質修飾參與蛋白質翻譯后調節，因此作者假設在I/R期間產生的乳酸能調節SA3K蛋白的穩定性。作者將FB暴露于L-乳酸，觀察到SA3K和SA3K-K351LA的水平呈劑量依賴式增加。此外SA3K-K351LA和SA3K之間呈正相關，表明SA3K-K351LA促進了SA3K蛋白穩定性，作者接下來驗證了這一結論，用CHX處理細胞以抑制蛋白質的合成，在L乳酸處理后，SA3K的半衰期從2.98 h增加到6.74h，但使用oxamate抑制乳酸，SA3K的半衰期從后降至1.92 h，在存在蛋白酶體抑制劑MG132和CHX的情況下，蛋白質水平保持穩定，表明乳酸在維持SA3K蛋白質穩定性方面發揮了作用。作者還構建了SA3K突變體SA3K（K351R），L乳酸處理后，WT-SA3K的半衰期從4.66 h增加到6.71 h，而SA3K-K351R的半衰期幾乎與WT蛋白（4.84 h）相同，表明乳酸對SA3K穩定需要K351LA。
圖1 L乳酸通過增強蛋白質穩定性來上調SA3K水平
2. SA3K是再灌注損傷中心臟保護的重要驅動力
為了評估SA3K在IRI中的作用，作者構建了SA3K敲除（SA3K-KO）小鼠，發現SA3K-KO小鼠的AAR 標準化梗塞面積和心臟損傷指標（cTnT、cTnI、CK-MB）顯著增加，通過注射重組 SA3K 可挽救梗塞面積，緩解心臟損傷。TUNEL 染色發現SA3K KO小鼠的凋亡細胞比例顯著增加，而注射 SA3K 可顯著逆轉凋亡的增加。超聲心動圖分析表明，與WT對照相比，SA3K KO小鼠的射血分數（EF）嚴重受損，而注射SA3K具有適度的保護作用。心臟纖維化分析發現，與WT心臟相比，SA3K-KO心臟表現出膠原蛋白沉積顯著增加，而SA3K注射顯著減輕了纖維化。以上發現表明SA3K是再灌注損傷中心臟保護的重要驅動力。
圖2 SA3K是再灌注損傷中心臟保護的重要驅動力
3. SA3K 在 K351 處的乳酸化對心臟保護是必需的
為了深入了解 SA3K-K351la 在心臟保護中的作用，作者使用成纖維細胞特異性啟動子FSP1驅動的AAV9在小鼠體內過表達SA3K-WT或SA3K-K351R，然后誘導IRI。發現在 I/R 后 1 天，SA3K-WT小鼠的心肌梗死面積與對照相比顯著減小，而SA3K-K351R小鼠的心肌梗死面積與EV對照無顯著差異，表明 K351 對 SA3K 的保護作用不可或缺。此外SA3K-WT小鼠的血清 cTnT、cTnI 和 CK-MB 水平顯著受到抑制，但SA3K-K351R小鼠的血清水平沒有受到抑制。外源性 SA3K-WT表達顯著減弱了 I/R 誘導的細胞凋亡，而SA3K-K351R與對照相比未表現出任何保護作用。超聲心動圖分析顯示SA3K-WT顯著改善了心臟功能，而SA3K-K351R則未顯示任何改善。纖維化進行評估顯示，SA3KWT顯著減弱了纖維化，但SA3K-K351R沒有。這些數據表明，SA3K在 K351處的乳酸化對于SA3K的心臟保護作用至關重要。
圖3 SA3K 在 K351 處的乳酸化對心臟保護是必需的
03 實驗結論
本研究發現乳酸通過K351la增強SA3K蛋白質穩定性，從而保護CM免受I/R損傷。在機制上I/R刺激的成纖維細胞分泌SA3K，并通過旁分泌方式保護心肌細胞免受再灌注誘導的凋亡，表明蛋白質乳酸化在心臟缺血再灌注損傷中的關鍵作用和潛在的治療價值。