1780年,，來自瑞典的化學家Carl Wilhelm Scheele發(fā)現了乳酸鹽,。乳酸鹽可以在機體中自發(fā)產生,，比如當我們肌肉處于工作狀態(tài)下就會產生乳酸鹽。
幾十年來,，乳酸都是運動醫(yī)學領域的研究重點,，它被描述成一種在經歷了鍛煉之后會積累在組織或血液中的可怕的代謝副產物，從而導致肌肉僵化并影響運動員的成績,。
在發(fā)酵過程中乳酸脫氫酶將丙酮酸轉換為左旋乳酸,。在一般的新陳代謝和運動中乳酸不斷被產生，但是其濃度一般不會上升,。只有在乳酸產生過程加快,，乳酸無法被及時運走時其濃度才會提高。乳酸運輸速度由一系列因素影響,，其中包括單羧基轉運體,、乳酸脫氫酶的濃度和異構體形式、組織的氧化能力,。一般來說血液中的乳酸濃度在不運動時為1-2mmol/L,，在強烈運動時可以上升到20mmol/L。
近年來,，有研究人員發(fā)現乳酸會促進癌癥產生和腦膜炎致病菌傳播,。基于此,，小編針對乳酸功能的研究進行一盤梳理,，以饗讀者。
1.PLoS Genet：乳酸又一大罪---促進腦膜炎致病菌的傳播
doi:10.1371/journal.ppat.1006251
跟據一項發(fā)表在PLOS Pathogens上的新研究,，上喉嚨產生的乳酸可能會促進腦膜炎致病細菌脫離原組織傳播到全身,。
這項研究由瑞典斯德哥爾摩大學Sara Sigurlásdóttir及其同事完成，他們關注了生活在10-35%的人群的上呼吸道中的細菌腦膜炎雙球菌,。正常情況下,，腦膜炎雙球菌是無害的，但是它有時會侵入身體導致腦膜炎和血液感染,。
有害的腦膜炎雙球菌感染有兩個步驟：首先,，細菌在上喉嚨形成小的克隆，然后這些小克隆會快速傳播,，入侵喉嚨的粘膜組織并進入血液,。然而我們對這個傳播的過程卻知之甚少。
由Ann-Beth Jonsson教授領導的Sigurlásdóttir及其團隊猜想腦膜炎雙球菌的傳播過程可能由人體細胞產生的某種物質導致,。為了找到這種物質,，他們使用了活細胞成像，發(fā)現腦膜炎雙球菌傳播并不需要直接與人細胞接觸：人體細胞產生的一些物質足以導致傳播,。進一步的實驗確定了促進傳播的分子：乳酸,，人體糖酵解過程的一個副產物,，成為了頭號“犯罪嫌疑人”。隨后,，研究人員確定了乳酸會促進克隆的傳播,，同時還發(fā)現乳酸并不會被腦膜炎雙球菌代謝，這意味著乳酸僅僅是一個信號分子,。
基于這些發(fā)現,，研究人員推測腦膜炎雙球菌會對高濃度的乳酸做出反應。關于乳酸對腦膜炎雙球菌感染的作用的進一步研究將幫助人們了解無害的腦膜炎雙球菌是如何入侵身體的,。
2.Carcinogenesis：乳酸不僅是運動員的“死神”,，還是癌癥的推動者
doi:10.1093/carcin/bgw127
如今發(fā)表在《Carcinogenesis》雜志上的一篇文章則揭示了乳酸的另外一種影響，它能夠促進癌癥的惡化與擴散,。研究者們稱,，他們的研究能夠幫助解釋為什么經常運動的人得癌癥的幾率會相對較低，這正是由于他們身體代謝乳糖的能力相對較強,。
早在1923年,，德國諾貝爾獎獲得者Otto Warburg就曾經觀察到癌細胞相對于正常細胞攝入糖類的水平明顯較高，而它們將其轉化為ATP的能力卻明顯偏低,，反而會產生大量的乳酸副產物,。這一現象被稱為"Warburg效應"，而如今這篇文章解釋了其中的原因,，其中包括乳糖在腫瘤血管生成中的作用,，它在干擾機體抗癌癥免疫反應中的作用，創(chuàng)造酸性環(huán)境從而幫助腫瘤擴增的機制以及乳糖調節(jié)三種癌癥相關轉錄因子(HIF-1,，cMYC，以及 p53)的分子機制,。
對于健康的人來說,，機體會將殘留的乳糖轉化為有用的產物，比如給大腦,、肌肉,、器官等功能，避免其過度的積累,。而在癌癥中,，這一有益的循壞被打破了。San Millan猜想,，雖然經常運動的人得癌癥的幾率會較低,，這一部分是由于機體清除乳糖的能力較高。但不健康的生活方式以及過量的糖類攝入也會導致乳糖的堆積,，從而引起代謝的紊亂以及癌癥的發(fā)生,。
3.Cell metab：星形細胞和神經元細胞間或存在乳酸鹽的交換
doi:10.1016/j.cmet.2015.10.010
神經細胞可以利用葡萄糖和乳酸鹽來滿足其高能量的需求,，近日，蘇黎世大學的科學家發(fā)現了新的證據,，他們首次在完整的小鼠大腦中找到證據證實了不同大腦細胞間存在乳酸鹽的交換,，而這一研究證實了一個20多年的科學家假設。
相比其它器官而言,，人類大腦具有最高的能量需求,，而神經細胞的能量供給以及乳酸鹽的特殊角色讓科學家們研究了很多年，一項20世紀90年代的假設認為星形細胞和神經元細胞之間存在一種較好地協作關系,，而這也是大腦能量代謝的基礎,。星形細胞可以產生乳酸鹽，產生的乳酸鹽可以流向神經元來滿足高能量的需求,，由于缺少一定的實驗技術,，研究者們并不清楚是否星形細胞和神經元細胞之間存在乳酸鹽的交換，而這項研究中研究人員就發(fā)現,，在星形細胞和神經元細胞間存在一種明顯的乳酸鹽梯度,。
機體細胞中乳酸鹽的進出具有濃度依賴性，而且可以通過一種特殊的乳酸鹽轉運蛋白(單羧酸轉運蛋白,，MCT)來介導,，而特定轉運蛋白的典型特性就是反式加速度，MCTs可以成像形成類似于大型購物中心的十字形旋轉門,，當更多人進進出出時就會加速門的運轉速度;研究者正是利用了這一特性才加速了十字形旋轉門的運轉速度,。通過增加細胞外丙酮酸鹽的濃度，研究者們就刺激了乳酸鹽的向外運輸,，更有意思的是,，乳酸鹽的水平僅在星形細胞中改變而并不會在神經元中改變。
目前科學家們就可用新型的熒光蛋白來結合乳酸鹽,，從而改變熒光分子釋放的光量,，利用這種方法研究者就可以測定單一細胞中的乳酸鹽濃度，同時就可以在麻醉小鼠的大腦神經元或星形細胞中表達乳酸鹽受體,，并且測定熒光隨著特殊雙光子顯微鏡的改變情況,。此前科學家們認為神經元可以對乳酸鹽代謝，而本文研究中研究者證明了這一假設,，這對于理解多種大腦疾病的發(fā)生以及開發(fā)新型療法提供了思路,，當然也幫助科學家們更清楚地理解了大腦能量代謝的精細過程。
4.Cell：乳酸誘導低氧應答 促進細胞生長
doi:10.1016/j.cell.2015.03.011
近日,，著名國際學術期刊cell在線發(fā)表了韓國科學家的一項最新研究進展,，他們發(fā)現在低氧條件下，細胞內乳酸合成會增加,，乳酸的積累導致氧調節(jié)蛋白NDRG3穩(wěn)定,，進而激活Raf-ERK信號途徑,，促進血管生成和細胞生長。
氧氣平衡對于多細胞生物的正常生理功能發(fā)揮具有重要作用,，但在多種應激狀態(tài)和病理性低氧情況下,，生物需要通過誘導低氧應答反應適應惡劣環(huán)境并維持存活。許多科學家對利用低氧誘導因子(HIF)調節(jié)低氧應答過程進行了大量研究,，該過程已經了解的比較清楚,，但有大量證據表明HIF非依賴性機制也參與低氧應答過程，并發(fā)揮重要生理作用,。
在該項研究中,，研究人員發(fā)現了一種依賴于乳酸積累的低氧應答過程，在低氧條件下,，乳酸的合成會增加,。NDRG3是一種新發(fā)現的氧調節(jié)蛋白， 期會在正常氧濃度下會通過PHD2/VHL依賴性途徑發(fā)生降解,，但在低氧情況下,，能夠通過與積累的乳酸結合避免降解過程的發(fā)生。而這種穩(wěn)定的NDRG3會與c-Raf結合,，介導低氧誘導的Raf-ERK途徑激活,，促進血管生成和細胞生長。抑制細胞內的乳酸合成能夠消除NDRG3介導的低氧應答,。
5.PNAS：乳酸鹽可有效增強大腦記憶
doi:10.1073/pnas.1322912111
近日,，一篇發(fā)表在國際雜志PNAS上的研究論文中，來自瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL)的研究人員通過研究揭示了葡萄糖衍生物激活記憶受體的分子機制,。
我們每個人都知道,，神經元是大腦運作的關鍵，但是其并不是大腦的所有,，大腦中有一種名為星形細胞的細胞,，其在學習和記憶過程中也非常重要;研究者表示，星形細胞產生的乳酸鹽或許可以加速大腦的記憶過程,，這項研究為研究人員揭示個體的認知和記憶障礙甚至是精神疾病比如抑郁癥提供了新型線索。
早在2011年的時候,，研究者發(fā)表在國際著名雜志Cell上的研究論文就揭示了乳酸鹽的關鍵作用,，Pierre Magistretti教授說道，在體內當乳酸鹽從星形細胞轉移到神經元的過程被阻斷時,，個體大腦記憶的過程就被阻斷了,。乳酸鹽為大腦提供的不僅僅是能量，其還可以作為谷氨酸鹽受體的緩和器,，即神經系統最初的神經遞質,。
文章中,，研究者將小鼠神經元暴露于多種物質中，并且對涉及大腦記憶的基因的表達效應進行測定,，結果顯示,，葡萄糖和丙酮酸鹽并不引發(fā)任何效應，而從另一個角度來講乳酸鹽的補充則會激活參與大腦記憶相關的大腦可塑性的四個基因的表達,。
那么是否我們可以利用乳酸鹽補充劑來增強大腦記憶呢?研究者隨后進行了一項人工乳酸鹽添加劑相關效應的實驗,，Magistretti教授說道，我們發(fā)現了一系列可以使得星形細胞產生更多乳酸鹽的分子,，如今我們在研究是否可以利用它們來緩解個體的認知缺陷和記憶障礙,。這項研究中我們發(fā)現了乳酸鹽的抗抑郁效應，這就為后期開發(fā)新型療法來治療個體的精神障礙疾病提供了新的思路和線索,。
6.Nat Commun：揭示乳酸鹽調節(jié)大腦神經信號網絡的分子機制
doi:10.1038/ncomms4284
近日,，來自布里斯托大學和倫敦大學的研究人員通過研究發(fā)現了一種調節(jié)機體神經激素的未知機制，該神經激素對機體運動機能,、壓力反應,、血壓控制、疼痛和食欲具有關鍵性的作用,，相關研究刊登于國際雜志Nature Communications上,，該研究或可幫助科學家設計新型藥物來抵御機體出現的健康問題。
文章中,，研究者發(fā)現了一種乳酸鹽(本質為乳酸)可以促使大腦細胞釋放更多的去甲腎上腺素,，去甲腎上腺素是一種神經遞質，其對于維持大腦功能非常關鍵,，缺失去甲腎上腺素的個體很難蘇醒而且對任何事物的注意力都不集中,。肌肉的消耗可以促使乳酸鹽產生，從而加強鍛煉和精神健康之間的關系,。
這項研究中研究者發(fā)現了乳酸鹽作為大腦細胞間信號的次級功能,，研究者發(fā)現大腦中存在一種乳酸鹽受體，其存在于去甲腎上腺素細胞中來促進這些細胞對乳酸鹽敏感,。
研究者Sergey Kasparov教授表示,，我們的研究揭示了乳酸鹽具有多種角色，其不光可以作為能量提供者,，也可以作為神經元之間的信號來幫助機體釋放更多的去甲腎上腺素,。下一步研究者希望通過研究發(fā)現介導該效應之間的受體，這將幫助研究者更好地設計新藥來阻斷或者刺激該過程;如果可以調節(jié)去甲腎上腺素的釋放,，那么對于日后治療嚴重的疾病,，比如高血壓、抑郁等來說將是非常重要的。
7.PNAS：乳酸濃度可能檢測大腦衰老
doi:10.1073/pnas.1008189107
一項對小鼠的研究發(fā)現,，科學家終于有可能通過測量大腦的乳酸濃度從而監(jiān)測衰老的進程,。科學家長久以來懷疑,，線粒體DNA(mtDNA)的逐漸損壞導致了衰老,。線粒體DNA(mtDNA)是從食物中制造能量所需的遺傳物質。此前的研究已經把人類線粒體DNA(mtDNA)的突變與中樞神經系統的衰老相關疾病(如阿茲海默病和帕金森病)聯系了起來,。Lars Olson及其同事調查了這種理論,，方法是檢查了正常和過早衰老的小鼠的大腦的代謝過程。
這組科學家發(fā)現線粒體DNA(mtDNA)機能障礙引發(fā)了小鼠大腦的一種代謝變化,，它可能改變控制乳酸形成的特定基因的表達,。這組作者說，這種變化導致了大腦乳酸濃度增加,，利用非侵入式成像技術可能探測到它,。這組作者說，這些發(fā)現還提示乳酸濃度的上升在其他衰老指標之前出現,，而未來的研究可能使用乳酸濃度探測中樞神經系統的與衰老有關的疾病,。
8.光合細菌經基因改造能產生單糖和乳酸
doi:10.1128/AEM.01617-10
美國哈佛大學維斯生物啟迪工程研究所和哈佛醫(yī)學院的研究人員表示，光合細菌進行基因工程改造后能夠產生單糖和乳酸,，利用該項研究成果有望開發(fā)出新的環(huán)保型生產日用化工產品的方法,。相關研究刊登在新出版的Applied and Environmental Microbiology期刊上，論文標題為“Engineering Cyanobacteria To Synthesize and Export Hydrophilic Products”,。
光合細菌(PSB)是一種能進行光合作用而不產氧的特殊生理類群原核生物的總稱,，是一種典型的水圈微生物，廣泛分布于海洋或淡水環(huán)境中,。PSB作為一種特殊營養(yǎng)(促進生長,、抗病因子及高效率凈化活水)和特殊細菌已在畜牧、水產,、環(huán)保,、農業(yè)上進行應用試驗。
維斯研究所的資深科學家Jeffrey C. Way博士表示：“我們的研究主要是利用轉基因技術讓微生物按照我們的要求來工作,，此次是生產食物添加劑,。這些發(fā)現在人類社會走向綠色經濟過程中具有十分重要的現實意義。”
9.第四軍醫(yī)大學專家證實癌癥元兇—D-乳酸
doi:10.3969/j.issn.1672-4992.2017.05.010
最近由第四軍醫(yī)大學的專家研究團隊證實癌細胞中產生大量的乳酸屬于D-乳酸,。該團隊通過對50例早期乳腺癌患者臨床資料分析及外周血D-乳酸檢測,，分析早期乳腺癌患者D-乳酸水平在早期診斷中的意義。在同期的實驗數據還表明在肺癌患者血清中D-乳酸水平同樣比正常組高,。研究得出結論,，血清D-乳酸水平增高可能是乳腺癌腫瘤發(fā)生的一個早期事件。這為乳腺癌患者早期診斷和治療提供了新的思路,。
這一研究結論在學術刊物《現代腫瘤醫(yī)學》雜志第215期上公開發(fā)表,。
10.Nat Chem Biol：癌細胞依靠乳酸飛速生長
doi:10.1038/nchembio.2172
正常的細胞能吸收血糖(即血液中的葡萄糖)，進而通過分解獲取能量,。這一過程包含了兩個階段：首先在細胞質中進行,，接著在線粒體內進行。
一般說來,，正常細胞在線粒體階段會產生大量的能量,，以補償細胞在細胞質階段高速運轉而損失的能量，同時還會分解葡萄糖,，迅速分泌大量的乳酸,。乳酸是葡萄糖沒有進行完全吸收的一種產物，人們通常認為乳酸沒什么用,。
通過對乳酸進行研究,，華盛頓大學圣路易斯分校化學系副教授Gary J. Patti及其團隊發(fā)現癌細胞控制其能量產生的方式與想象中的不太一樣,。癌細胞可以將沒有什么用的乳酸導入進能提取剩余葡萄糖的線粒體中,。
由于該研究的結果相當驚人，因此整個研究團隊又開展了一系列的實驗以確認乳酸是真的被導入進了線粒體中,?？梢哉f，這些實驗不僅確認了乳酸能被導入線粒體中,，還證明了線粒體中的一種酶使乳酸發(fā)生代謝反應,，產生了能量和細胞的構成單元(building block)。
