Sirt1通过调控髓核细胞组蛋白H3K18乳酸化参与椎间盘退变的机制研究

欧阳健; 翟羽; 张雨尧; 刘超; 刘铭汉; 李长青

doi:10.16016/j.2097-0927.202509085

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Sirt1通过调控髓核细胞组蛋白H3K18乳酸化参与椎间盘退变的机制研究

基础医学 | 更新时间：2025-12-30

- Sirt1通过调控髓核细胞组蛋白H3K18乳酸化参与椎间盘退变的机制研究
- Sirt1 is involved in intervertebral disc degeneration via regulating histone H3K18 lactylation in nucleus pulposus cells
- 陆军军医大学学报 2025年47卷第24期页码：3045-3055
- 作者机构：
  
  陆军军医大学（第三军医大学）第二附属医院骨科，重庆
- 作者简介：
  
  刘铭汉，E-mail：liuminghan@tmmu.edu.cn
  李长青，E-mail： changqli@tmmu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(82472517;82472445);重庆市自然科学基金(CSTB2024NSCQ-KJFZMSX0052)
- DOI：10.16016/j.2097-0927.202509085
  中图分类号： R394.3;R363.21;R681.53
- 收稿：2025-09-24，
  
  修回：2025-12-09，
  
  纸质出版：2025-12-30
- 稿件说明：
移动端阅览
欧阳健，翟羽，张雨尧，等.Sirt1通过调控髓核细胞组蛋白H3K18乳酸化参与椎间盘退变的机制研究［J］.陆军军医大学学报，2025，47（24）：3045-3055.DOI：10.16016/j.2097-0927.202509085.

OUYANG J，ZHAI Y，ZHANG Y Y，et al.Sirt1 is involved in intervertebral disc degeneration via regulating histone H3K18 lactylation in nucleus pulposus cells［J］.J Army Med Univ，2025，47（24）：3045-3055.DOI：10.16016/j.2097-0927.202509085.
欧阳健，翟羽，张雨尧，等.Sirt1通过调控髓核细胞组蛋白H3K18乳酸化参与椎间盘退变的机制研究［J］.陆军军医大学学报，2025，47（24）：3045-3055.DOI：10.16016/j.2097-0927.202509085. DOI：

OUYANG J，ZHAI Y，ZHANG Y Y，et al.Sirt1 is involved in intervertebral disc degeneration via regulating histone H3K18 lactylation in nucleus pulposus cells［J］.J Army Med Univ，2025，47（24）：3045-3055.DOI：10.16016/j.2097-0927.202509085. DOI：

摘要

目的

探究沉默信息调节蛋白1（sirtuin 1，Sirt1）调节H3K18乳酸化（H3K18la）对髓核细胞（nucleus pulposus cells，NPCs）的影响以及在椎间盘退变（intervertebral disc degeneration，IVDD）中的作用。

方法

构建大鼠尾椎椎间盘针刺诱导退变（puncture-induced intervertebral disc degeneration，PIDD）模型；并通过组织学染色、生化检测、流式细胞术与蛋白质免疫印迹（Western blot）评估正常对照（NC）组和针刺退变（PIDD）组椎间盘退变程度及乳酸（La）、丙二醛（MDA）、活性氧（ROS）、H3K18la与Sirt1表达水平；在NPCs中，分别采用梯度浓度La处理及慢病毒介导的Sirt1敲低与过表达，通过免疫荧光与生化检测分析H3K18la、ROS与MDA水平；利用靶向切割与转座标记（cleavage under targets and tagmentation，CUT&Tag）技术及生物信息技术分析H3K18la调控的基因及相关通路；24只大鼠均分为4个分组：正常对照（NC）组、针刺退变（PIDD）组、针刺治疗（PIDD+oe-Sirt1）组、针刺病毒对照（PIDD+Vector）组，验证过表达Sirt1对椎间盘退变的干预作用。

结果

与NC组相比，PIDD组组织学评分、La、ROS及MDA水平均显著升高（

0.01），同时，PIDD组中H3K18la表达升高（

0.01），而Sirt1表达下降（

0.01）；在细胞实验中，H3K18la、ROS及MDA水平随La浓度增加呈浓度依赖性升高；Sirt1过表达可降低H3K18la表达（

0.01），敲低则使其升高（

0.01）；CUT

Tag技术检测提示H3K18la可能调控髓核细胞氧化应激；在动物实验中，与PIDD组及PIDD+Vector组相比，PIDD+oe-Sirt1组组织学评分、ROS、H3K18la及MDA水平均显著降低（

0.01）。

结论

退变椎间盘中Sirt1的表达明显下降，Sirt1是组蛋白H3K18la去乳酸化修饰酶，Sirt1调控的组蛋白H3K18la的乳酸化修饰可能调节髓核细胞氧化应激，进而调控椎间盘退变。

Abstract

Objective To explore the effect of Sirtuin 1 (Sirt1) on nucleus pulposus cells (NPCs) by regulating histone H3K18 lactylation and its implications for intervertebral disc degeneration (IVDD). Methods Puncture-induced intervertebral disc degeneration (PIDD) was modeled in the rat caudal vertebrae. The severity of disc degeneration was evaluated

and the expression levels of lactic acid (La)

malondialdehyde (MDA)

reactive oxygen species (ROS)

H3K18la

and Sirt1 were detected in both the normal control (NC) group and the PIDD group using histopathological staining

biochemical assay

flow cytometry

and Western blot analysis. Gradient concentrations of La were used to treat NPCs

and Sirt1 was knocked down or overexpressed

via

lentiviral transduction. Changes in H3K18la

ROS

and MDA levels were analyzed by immunofluorescence and biochemical assays. The genes regulated by H3K18la and their associated pathways were identified using Cleavage Under Targets and Tagmentation (CUT

Tag) and bioinformatic analyses. Then 24 rats were assigned into normal control (NC)

PIDD

PIDD with Sirt1 overexpression (PIDD+oe-Sirt1)

and PIDD with viral control (PIDD+Vector) groups

in order to assess the therapeutic effect of Sirt1 overexpression on intervertebral disc degeneration.

Results

The P

IDD group had significantly higher histological scores and elevated levels of La

ROS

and MDA

and enhanced expression of H3K18la but decreased Sirt1 expression when compared with the NC group (

0.01). In cellular experiments

H3K18la

ROS

and MDA levels were in a concentration-dependent increase with the increments of La concentration. Sirt1 overexpression significantly reduced H3K18la expression (

0.01)

whereas its knockdown conversely increased it (

0.01). CUT

Tag analysis indicated that H3K18la plays a regulatory role in oxidative stress in NPCs. In animal experiments

the PIDD+oe-Sirt1 group exhibited significantly lower histological scores

along with reduced levels of ROS

H3K18la

and MDA in comparison to the PIDD and PIDD+Vector groups (

0.01). Conclusion The expression of Sirt1 is significantly decreased in degenerative intervertebral discs. As a delactylase for histone H3K18la

Sirt1 may play a critical role in intervertebral disc degeneration by modulating oxidative stress in nucleus pulposus cells through H3K18la lactylation.

关键词

Keywords

references

KANG L ， ZHANG H Q ， JIA C Y ， et al . Epigenetic modifications of inflammation in intervertebral disc degeneration ［J］. Ageing Res Rev ， 2023 ， 87 ： 101902 . DOI： 10.1016/j.arr.2023.101902 http://dx.doi.org/10.1016/j.arr.2023.101902 .

GAO T ， XU G Y ， MA T C ， et al . ROS-responsive injectable hydrogel loaded with SLC7A11-modRNA inhibits ferroptosis and mitigates intervertebral disc degeneration in rats ［J］. Adv Healthc Mater ， 2024 ， 13 （ 27 ）： 2401103 . DOI： 10.1002/adhm.202401103 http://dx.doi.org/10.1002/adhm.202401103 .

李憬隽，袁春，张小伟 . 氧化应激引发椎间盘退变的作用机制［J］. 生物骨科材料与临床研究， 2024 ， 21 （ 4 ）： 73 - 77 . DOI： 10.3969/j.issn.1672-5972.2024.04.016 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-5972.2024.04.016 .

LI J J ， YUAN C ， ZHANG X W . Mechanism of oxidative stress inducing intervertebral disc degeneration ［J］. Orthop Biomech Mater Clin Study ， 2024 ， 21 （ 4 ）： 73 - 77 . DOI： 10.3969/j.issn.1672-5972.2024.04.016 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-5972.2024.04.016 .

ZHU D C ， LIANG H Z ， DU Z ， et al . Altered metabolism and inflammation driven by post-translational modifications in intervertebral disc degeneration ［J］. Research ， 2024 ， 7 ： 350 . DOI： 10.34133/research.0350 http://dx.doi.org/10.34133/research.0350 .

PENG X ， DU J . Histone and non-histone lactylation： molecular mechanisms， biological functions， diseases， and therapeutic targets ［J］. Mol Biomed ， 2025 ， 6 （ 1 ）： 38 . DOI： 10.1186/s43556-025-00275-6 http://dx.doi.org/10.1186/s43556-025-00275-6 .

沈鐲钰，黄荣，马振国 . 蛋白质乳酸化修饰的研究进展［J］. 医学研究杂志， 2024 ， 53 （ 6 ）： 160 - 163 . DOI： 10.11969/j.issn.1673-548X.2024.06.033 http://dx.doi.org/10.11969/j.issn.1673-548X.2024.06.033 .

SHEN Z Y ， HUANG R ， MA Z G . Advances in protein lactylation modification ［J］. J Med Res ， 2024 ， 53 （ 6 ）： 160 - 163 . DOI： 10.11969/j.issn.1673-548X.2024.06.033 http://dx.doi.org/10.11969/j.issn.1673-548X.2024.06.033 .

ZU H X ， LI C ， DAI C R ， et al . SIRT2 functions as a histone delactylase and inhibits the proliferation and migration of neuroblastoma cells ［J］. Cell Discov ， 2022 ， 8 ： 54 . DOI： 10.1038/s41421-022-00398-y http://dx.doi.org/10.1038/s41421-022-00398-y .

YANG K ， FAN M ， WANG X H ， et al . Lactate promotes macrophage HMGB1 lactylation， acetylation， and exosomal release in polymicrobial sepsis ［J］. Cell Death Differ ， 2022 ， 29 （ 1 ）： 133 - 146 . DOI： 10.1038/s41418-021-00841-9 http://dx.doi.org/10.1038/s41418-021-00841-9 .

MORENO-YRUELA C ， ZHANG D ， WEI W ， et al . Class I histone deacetylases （HDAC1-3） are histone lysine delactylases ［J］. Sci Adv ， 2022 ， 8 （ 3 ）： eabi6696 . DOI： 10.1126/sciadv.abi6696 http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.abi6696 .

SHEN J L ， LAN Y J ， JI Z Y ， et al . Sirtuins in intervertebral disc degeneration： current understanding ［J］. Mol Med ， 2024 ， 30 （ 1 ）： 44 . DOI： 10.1186/s10020-024-00811-0 http://dx.doi.org/10.1186/s10020-024-00811-0 .

YANG Y S ， LIU Y ， WANG Y W ， et al . Regulation of SIRT1 and its roles in inflammation ［J］. Front Immunol ， 2022 ， 13 ： 831168 . DOI： 10.3389/fimmu.2022.831168 http://dx.doi.org/10.3389/fimmu.2022.831168 .

CHEN C ， ZHANG Y G ， ZANG Y ， et al . SIRT3 functions as an eraser of histone H3K9 lactylation to modulate transcription for inhibiting the progression of esophageal cancer ［J］. Mol Cell Proteom ， 2025 ， 24 （ 5 ）： 100973 . DOI： 10.1016/j.mcpro.2025.100973 http://dx.doi.org/10.1016/j.mcpro.2025.100973 .

BARTELS E M ， FAIRBANK J C T ， WINLOVE C P ， et al . Oxygen and lactate concentrations measured in vivo in the intervertebral discs of patients with scoliosis and back pain ［J］. Spine ， 1998 ， 23 （ 1 ）： 1 - 7 . DOI： 10.1097/00007632-199801010-00001 http://dx.doi.org/10.1097/00007632-199801010-00001 .

ZHANG Y Y ， LIU L ， QI Y H ， et al . Lactic acid promotes nucleus pulposus cell senescence and corresponding intervertebral disc degeneration via interacting with Akt ［J］. Cell Mol Life Sci ， 2024 ， 81 （ 1 ）： 24 . DOI： 10.1007/s00018-023-05094-y http://dx.doi.org/10.1007/s00018-023-05094-y .

LAI A ， GANSAU J ， GULLBRAND S E ， et al . Development of a standardized histopathology scoring system for intervertebral disc degeneration in rat models： an initiative of the ORS spine section ［J］. Jor Spine ， 2021 ， 4 （ 2 ）： e1150 . DOI： 10.1002/jsp2.1150 http://dx.doi.org/10.1002/jsp2.1150 .

WANG Z Q ， CHEN H G ， TAN Q Y ， et al . Inhibition of aberrant Hif1α activation delays intervertebral disc degeneration in adult mice ［J］. Bone Res ， 2022 ， 10 ： 2 . DOI： 10.1038/s41413-021-00165-x http://dx.doi.org/10.1038/s41413-021-00165-x .

ZHANG D ， TANG Z Y ， HUANG H ， et al . Metabolic regulation of gene expression by histone lactylation ［J］. Nature ， 2019 ， 574 （ 7779 ）： 575 - 580 . DOI： 10.1038/s41586-019-1678-1 http://dx.doi.org/10.1038/s41586-019-1678-1 .

SUN K Q ， SHI Y Y ， YAN C ， et al . Glycolysis-derived lactate induces ACSL4 expression and lactylation to activate ferroptosis during intervertebral disc degeneration ［J］. Adv Sci ， 2025 ， 12 （ 21 ）： 2416149 . DOI： 10.1002/advs.202416149 http://dx.doi.org/10.1002/advs.202416149 .

FAN Z M ， LIU Z Y ， ZHANG N ， et al . Identification of SIRT3 as an eraser of H4K16la ［J］. iScience ， 2023 ， 26 （ 10 ）： 107757 . DOI： 10.1016/j.isci.2023.107757 http://dx.doi.org/10.1016/j.isci.2023.107757 .

SONG Y X ， WANG Z ， LIU L ， et al . 1， 4-Dihydropyridine （DHP） suppresses against oxidative stress in nucleus pulposus via activating sirtuin-1 ［J］. Biomed Pharmacother ， 2020 ， 121 ： 109592 . DOI： 10.1016/j.biopha.2019.109592 http://dx.doi.org/10.1016/j.biopha.2019.109592 .

ZHANG Z ， WU J T ， TENG C ， et al . Orientin downregulating oxidative stress-mediated endoplasmic reticulum stress and mitochondrial dysfunction through AMPK/SIRT1 pathway in rat nucleus pulposus cells in vitro and attenuated intervertebral disc degeneration in vivo ［J］. Apoptosis ， 2022 ， 27 （ 11 ）： 1031 - 1048 . DOI： 10.1007/s10495-022-01770-9 http://dx.doi.org/10.1007/s10495-022-01770-9 .

陆恩辉，李庆姝，谭云 . Kallistatin诱导SIRT1表达抑制人髓核细胞凋亡及细胞外基质降解［J］. 陆军军医大学学报， 2022 ， 44 （ 23 ）： 2421 - 2428 . DOI： 10.16016/j.2097-0927.202205134 http://dx.doi.org/10.16016/j.2097-0927.202205134 .

LU E H ， LI Q S ， TAN Y . Kallistatin inhibits apoptosis and extracellular matrix degradation of human nucleus pulposus cells by inducing SIRT1 expression ［J］. J Army Med Univ ， 2022 ， 44 （ 23 ）： 2421 - 2428 . DOI： 10.16016/j.2097-0927.202205134 http://dx.doi.org/10.16016/j.2097-0927.202205134 .

TSUKIHARA S ， AKIYAMA Y ， SHIMADA S ， et al . Delactylase effects of SIRT1 on a positive feedback loop involving the H19-glycolysis-histone lactylation in gastric cancer ［J］. Oncogene ， 2025 ， 44 （ 11 ）： 724 - 738 . DOI： 10.1038/s41388-024-03243-6 http://dx.doi.org/10.1038/s41388-024-03243-6 .

LI K ， LI Y ， MI J ， et al . Resveratrol protects against sodium nitroprusside induced nucleus pulposus cell apoptosis by scavenging ROS ［J］. Int J Mol Med ， 2018 ： 2485 - 2492 . DOI： 10.3892/ijmm.2018.3461 http://dx.doi.org/10.3892/ijmm.2018.3461 .

CHEN H W ， LIU M Q ， ZHANG G Z ， et al . Proanthocyanidins inhibit the apoptosis and aging of nucleus pulposus cells through the PI3K/Akt pathway delaying intervertebral disc degeneration ［J］. Connect Tissue Res ， 2022 ， 63 （ 6 ）： 650 - 662 . DOI： 10.1080/03008207. 2022. 2063121 http://dx.doi.org/10.1080/03008207.2022.2063121 .

LIU M Y ， ZHANG L ， ZANG W D ， et al . Pharmacological effects of resveratrol in intervertebral disc degeneration： a literature review ［J］. Orthop Surg ， 2022 ， 14 （ 12 ）： 3141 - 3149 . DOI： 10.1111/os.13560 http://dx.doi.org/10.1111/os.13560 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

锌指蛋白A20对内毒素刺激时人椎间盘髓核细胞炎症及退变的影响

缺氧诱导锌指蛋白A20表达抑制髓核细胞凋亡和炎症

YAP通过促进自噬抑制髓核细胞胞外基质分解代谢

呼吸道合胞病毒通过调控miR-409-3p/SIRT1通路促进支气管上皮细胞凋亡与炎症因子表达

MiR-138通过靶向SIRT1调控结肠癌细胞的凋亡