缺血性脑卒中是全球致残率和死亡率最高的神经系统重大疾病之一，占全部脑卒中病例的87%以上。当前临床主要依赖静脉溶栓和机械取栓等再灌注治疗恢复脑组织供血，但血流恢复同时也会诱发缺血再灌注（ischemia/reperfusion，I/R）损伤，引发氧化应激、线粒体功能障碍、能量代谢紊乱以及神经元大量死亡，严重限制患者神经功能恢复，是影响脑卒中治疗效果的关键瓶颈。近年来，乳酸由传统意义上的代谢废物逐渐被认为是一种重要的信号分子。然而，在脑卒中过程中，乳酸究竟是促进损伤还是发挥保护作用，国际上一直存在较大争议。尤其是乳酸介导的蛋白质乳酰化修饰如何参与脑缺血后的神经保护，其分子机制长期缺乏系统阐释。
近日，我院董志强团队在脑卒中代谢调控研究领域取得重要突破。相关成果以"Phosphorylation-Facilitated CKB Lactylation At K11 By GCN5 Enhances Creatine Kinase Activity and Mitigates Neuronal Damage After Cerebral Ischemia-Reperfusion"为题，发表于国际期刊Advanced Science。该研究揭示了脑缺血再灌注过程中乳酰化与磷酸化协同调控神经元能量代谢的新机制，破解了乳酸在脑卒中中的功能争议，为脑卒中精准干预提供了新的理论基础和潜在治疗靶点。
研究团队构建了小鼠大脑中动脉阻塞再灌注（MCAO/R）模型和神经元氧糖剥夺复氧（OGD/R）模型，综合应用定量蛋白质组学、乳酰化蛋白组学、磷酸化蛋白组学及分子模拟等多项技术，对脑缺血后的蛋白质翻译后修饰网络进行了系统解析。研究发现，脑缺血再灌注可导致脑组织乳酸大量积累，并诱导蛋白乳酰化水平显著升高；进一步筛选发现，脑型肌酸激酶（Creatine kinase B，CKB）同时发生K11位点乳酰化和S199位点磷酸化，是脑卒中过程中能量代谢调控的重要枢纽蛋白。
研究进一步证实，CKB K11乳酰化和S199磷酸化均可显著增强CKB酶活性，促进磷酸肌酸能量穿梭，提高线粒体呼吸储备能力，降低活性氧积累，维持线粒体膜电位稳定，从而有效减轻神经元损伤。相反，当阻断任一修饰位点后，CKB保护作用明显减弱，脑组织梗死范围扩大，神经元凋亡增加，长期神经功能恢复受到显著影响。神经元特异性AAV动物实验进一步证明，缺血再灌注诱导的CKB乳酰化和磷酸化是发挥神经保护作用所必需的关键分子事件。
该研究创新性揭示了磷酸化、乳酰化两种翻译后修饰之间存在明确的层级调控关系。研究发现，乙酰转移酶GCN5是催化CKB K11乳酰化的关键乳酸转移酶，而Sirt5则负责去除该修饰，二者共同维持CKB乳酰化的动态平衡。进一步研究发现，CKB S199磷酸化能够改变蛋白空间构象，增强GCN5与CKB之间的结合，提高K11位点乳酰化效率，从而形成"磷酸化先导、乳酰化增效"的协同调控模式。分子动力学模拟进一步从结构层面证实，S199磷酸化能够稳定GCN5-CKB复合物，使乳酸供体更容易接近K11位点，为乳酰化反应提供更加有利的空间构型。
此外，该研究还重新认识了乳酸在脑缺血过程中的生物学功能，即乳酸不仅是能量代谢产物，更是通过蛋白质乳酰化参与细胞应激保护的重要信号分子。这一发现拓展了人们对脑卒中代谢重编程及翻译后修饰调控网络的认识，为理解脑组织能量稳态维持机制提供了新的理论框架。
研究团队表示，CKB双重翻译后修饰位点及其上游调控因子GCN5具有明确的药物干预潜力，未来有望作为脑卒中再灌注治疗的重要辅助靶点，与现有溶栓和取栓治疗形成联合干预策略，在减少再灌注损伤、改善患者长期神经功能恢复方面展现广阔的临床应用前景。同时，该研究提出的"翻译后修饰协同调控能量代谢"新模式，也为其他缺血性疾病及神经退行性疾病的机制研究和药物研发提供了新的研究思路。
CKB K11乳酰化与S199磷酸化修饰在脑缺血再灌注损伤中的神经保护机制图
董志强教授为该论文的通讯作者，博士研究生段超为第一作者，该研究是学校与医院深度合作的重要成果。我校与十堰市太和医院建立了长期稳定的战略共建关系，共建神经外科国家临床重点专科、湖北省中枢神经修复与功能重建临床医学研究中心，在人才培养、科技创新和平台建设等方面开展了深入合作。该研究依托湖北省中枢神经修复与功能重建临床医学中心、十堰市太和医院神经疾病研究中心、华中农业大学生物医学与健康学院、湖北江夏实验室等平台完成。
原文链接：http://doi.org/10.1002/advs.202516663
