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椎間盘退變（IVDD）是导致腰痛(tong)和残疾的主要原因，全球(qiu)患者超4億。現有臨床治疗（保守或手術）只(zhi)能(neng)缓解症状，无法阻止疾病(bing)進展。椎間(jian)盘作為人體最大无血管組織，髓核（NP）處於缺氧低營养微環境，退變時乳酸(suan)大量堆(dui)积（浓度超(chao)血(xue)浆 10 倍）是核心(xin)特征。乳酸可介导蛋白質赖(lai)氨酸乳酸化(hua)（新型翻(fan)译后修飾），調控肿瘤、纖維(wei)化、炎症等病理過程(cheng)，但乳酸(suan)化在 IVDD 中的全景圖谱、關键靶點及作用機(ji)製完全未知。
2026年2月28日，陆军军医大學李长青教授團隊在(zai)子刊《Nat Commun》(IF:15.7)发表文(wen)章“ SOD1 lactylation impair its enzymatic activity by conformational change to aggravate intervertebral disc degeneration”。该(gai)研究依托乳酸化蛋白質組、代谢組與單細胞(bao)測序多組學技術(shu)，系統描(miao)绘了IVDD中的乳酸化修飾圖谱(pu)，筛選(xuan)並锁定椎間盘退(tui)變中關键的 SOD1 K123 位點乳酸(suan)化修飾，驗證了SOD1 K123 乳酸化通過構象改(gai)變损害酶活(huo)，激活 p53 通路誘发(fa)髓核細胞衰老與退(tui)變的機製。在此基礎(chu)上，通過虚擬筛選获(huo)得靶(ba)向小分子ZL-01，並(bing)構建了髓核細胞靶向遞送系(xi)統，最終形成覆(fu)盖(gai)乳(ru)酸化修(xiu)飾→關键(jian)靶點→分子機製→药物干预→遞送策(ce)略的完整研(yan)究鏈条的(de)完整研究鏈条。
研究亮點
1.首次揭示IVDD中(zhong)乳酸化(hua)修飾的全景圖：系統描绘(hui)了退變髓核組(zu)織中蛋白乳酸化谱，並发(fa)現(xian)其與氧化應激密切相關。
2.发現並驗證SOD1 K123la这一關(guan)键致病修飾：阐明(ming)了SOD1 K123la-p53轴在(zai)IVDD中的新機製：连接(jie)了(le)乳酸代谢、氧(yang)化還原稳態和細胞衰老(lao)/凋亡通路。
3.開发有(you)轉化潜力(li)的治疗策略：通過虚擬筛選获(huo)得首個靶向SOD1 K123la的小分子抑(yi)製剂ZL-01，並利用II型胶原靶(ba)向肽修飾的EVs實現了药物在髓核的滞留和遞送，有效缓解IVDD。
研究結果
1. IVDD中乳酸(suan)积累(lei)驅動蛋白乳酸化，且與髓(sui)核細胞(bao)氧化损伤高度關聯
研(yan)究者首先分析了人退變髓核組織的單細(xi)胞測序数據，发(fa)現重度退變患者中纖(xian)維化髓核細胞(bao)亚群增多。臨床樣本進一步證實，重度(du)退變髓核中活性氧(yang)水平、DNA损伤及(ji)細胞衰老標志物(wu)均顯著升高，且與(yu)乳酸含(han)量呈正相關。在大鼠穿刺和自然衰老(lao)誘导(dao)的椎間盘退變模型中，同樣觀察到乳酸积累和整體蛋白乳(ru)酸化水平升高，而乙酰化、琥珀酰化水平无明(ming)顯變化。最后，通過乳酸化蛋白質組學分析，系統描绘了退變髓核中的乳酸化修飾圖(tu)谱(pu)，发現差异乳酸化蛋白主要定位於細胞質，並高度富集於“細(xi)胞對氧化應激的反(fan)應”通路(lu)。
2.SOD1 K123la通過激活p53通路加劇(ju)髓核細胞(bao)氧化损伤
在多組學筛選出的氧化應激相關乳酸化(hua)蛋白(bai)中，關键抗氧化酶SOD1的乳酸化(hua)水平尤為突(tu)出。通過構建模擬去乳酸化的K123R點突變发(fa)現该突變能有效恢复SOD1酶活性(xing)、增加(jia)总(zong)抗氧化能力，並顯著减轻DNA损伤(shang)和細(xi)胞衰老。轉錄(lu)組(zu)測序和WB結果表明，SOD1 K123la主要通過(guo)激活p53及其下(xia)游靶基因P21和GADD45a來发挥有(you)害作用。進一步通過敲低乳酸(suan)轉(zhuan)運體，證實胞内乳酸(suan)是导致上述效應(ying)的關键。
3.SOD1 K123a通過改變構象抑製酶活性並在體内加(jia)劇椎(chui)間盘退變
研究者構建了SOD1 K123R敲入大(da)鼠模型，其椎間盘(pan)退變程度（磁共振和組織學評分）顯(xian)著减轻，p53通路活性(xing)以(yi)及細胞衰老標志均明顯降低，而SOD1酶活(huo)性和(he)总抗氧化能力則得以恢复。分子動力學模擬揭示了其機(ji)製：K123位點发生乳酸化后，破坏了SOD1活性中心附近的Arg144與底物超氧阴离子及(ji)關键氨基酸之間(jian)的氢键網絡，导致蛋白構象(xiang)稳定性下降、與底物結(jie)合能力顯(xian)著减弱。並通過(guo)免疫沉淀-質谱(pu)聯用技(ji)術，鉴定出(chu)AARS1和P300是催化SOD1发生K123位點(dian)乳酸化的主要(yao)乳酰轉移酶。
4.发現並鉴定(ding)靶向SOD1 K123a乳酸(suan)化的(de)特异性小分子抑製剂ZL-01
随后(hou)，以SOD1蛋白(bai)的K123位點為靶(ba)點，對包含160萬個小分子的(de)化合物库(ku)進行了高通量虚擬筛選，成功(gong)获得候選化(hua)合物3，並將其命名為ZL-01。體外實驗驗證，ZL-01通過與(yu)SOD1蛋白(bai)的Thr40、His44、Lys123等残基特异性(xing)結(jie)合，能够有效(xiao)降(jiang)低乳酸處理后髓核細胞中SOD1 K123a的(de)水平，恢复SOD1酶活性(xing)，减少活性氧產生(sheng)、DNA损伤(shang)和細(xi)胞衰老，且對SOD1的乙酰化和琥珀酰化修飾无明顯影響，顯示较好的特异性。
5.靶(ba)向遞送ZL-01有效缓解大鼠(shu)椎間盘退變(bian)
研究者(zhe)開(kai)发了一種工程化細胞外囊泡遞送系統：在(zai)囊泡表面(mian)表達II型胶原靶向肽，使其能主動靶向髓核組織，並將ZL-01裝载其中（C-EVsZ）。在椎間(jian)盘退變大(da)鼠模型中，局部注射C-EVsZ不仅顯著改善了磁共(gong)振和組織學退變(bian)評分，而且有效降低了髓核(he)組織中(zhong)SOD1 K123a水平，恢复了SOD1酶活性(xing)，抑(yi)製了p53通路(lu)，並(bing)减少了氧化损伤和細胞衰老，且未觀察到明顯的全身毒性。
研究結论與意義
该研究系統揭示了椎間盘退變中乳(ru)酸化修飾的關键(jian)致病作用，阐明了SOD1在K123位點(dian)的乳酸化(hua)通過改變蛋白構象、抑製其酶活(huo)性(xing)並激活p53通路(lu)，从而加劇髓核細胞氧化损伤和(he)椎間盘退變(bian)的核心機製。同時，所開发的特异(yi)性(xing)小分子抑製剂ZL-01及其(qi)靶向遞送系(xi)統，為椎間盘退(tui)變的疾病修飾治疗提供了極具臨床轉(zhuan)化潜力的新策略。
青莲百奥修飾組學解(jie)決方(fang)案
青莲百奥修飾蛋白組學產(chan)品線升(sheng)級，不仅精心打(da)磨了經典修飾產(chan)品線（如磷(lin)酸(suan)化、糖基化、泛(fan)素化等），同時開拓(tuo)了一系列新型修飾產(chan)品線（如(ru)乳酸化(hua)、棕榈酰化、琥(hu)珀酰化、氧化還(hai)原等）。現(xian)凭(ping)借先進的高分辨率、高灵敏度質谱技術，积累了豐富的修飾組學研究經(jing)驗，提供深入的生物(wu)信息學分析報(bao)告，為科(ke)研工作的深入探索和成果的有效轉化提供強有力的支持(chi)。
