文章导读

乳酸是一种通用的能量底物，是重要的代谢节点，其产生自糖酵解，可在不同的细胞、组织和器官之间穿梭1-3。运动产生的乳酸通常在肌肉中大量积累。目前尚不清楚乳酸是否在成肌细胞代谢中发挥重要的作用。该研究发现乳酸可作为代谢调控分子激活 AMPK，重塑细胞代谢，从而促进成肌细胞的增殖和分化。来自厦门大学化学化工学院的林东海课题组在 International journal of Molecular Science (IJMS) 期刊发表了一篇关于乳酸激活 AMPK 重塑细胞代谢的文章。该文阐明了乳酸在体外对骨骼肌细胞的作用机制，有助于开发乳酸作为代谢调控分子的应用价值。

1►乳酸促进成肌细胞增殖和分化

作者发现乳酸处理可使 C2C12 成肌细胞的细胞活力显著提高。细胞增殖总是需要足够的蛋白质合成，AKT 通路可以激活蛋白质合成。与先前发表的研究类似，该研究观察到 p-ERK 表达上调，这表明补充乳酸有利于成肌细胞的成肌分化，并增加肌管直径。研究结果显示，MyoD、Myogenin 和 MYHC 表达水平上调也表明低浓度乳酸处理可显著地提高细胞分化能力。

2►乳酸重塑成肌细胞的代谢

生命活动的改变会影响代谢稳态，而代谢紊乱也会影响生命活动。作者采用非靶向代谢组学研究方法，使用 850 MHz NMR 谱仪分析乳酸处理后 C2C12 成肌细胞的代谢模式的改变。作者观察到乳酸处理确实诱导成肌细胞发生了明显的代谢改变，主要表现为磷酸肌酸、谷氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、丙氨酸、肌肌醇和甘油磷酸胆碱的胞内水平发生了显著的变化，这些代谢物水平的改变涉及到几条重要代谢通路的扰动：

(1) 丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢；

(2) D-谷氨酰胺和 D-谷氨酸代谢；

(3) 乙醛酸和二羧酸代谢；

(4) 精氨酸生物合成；

(5) 谷胱甘肽代谢。

据此，该研究结果提示：乳酸处理可能通过重塑成肌细胞的代谢，包括促进乳酸的胞内摄入和利用，进一步激活 TCA 循环，从而显著地促进成肌细胞的增殖和肌源性分化。

对源自两组 C2C12 成肌细胞的水溶性萃取液记录的一维 1H NMR 波谱的模式识别分析。(A) 乳酸处理组与对照组的 PCA 积分图；(B) 乳酸处理组与对照组的 PLS-DA 积分图；(C) 基于乳酸处理组与对照组比较的 PLS-DA 模型筛选出的重要代谢物的 VIP 分数图。

3►乳酸激活 AMPK 通路

此外，该研究还发现乳酸处理明显地提高胞内 p-AMPK 和 p-ACC 表达水平，明显地激活 AMPK 信号通路。AMPK 通常作为代谢稳态的主要调节分子，AMPK 通路的激活会促进 TCA 的能量代谢, 提示乳酸在骨骼肌代谢调控中发挥重要的作用。因此，乳酸可能作为代谢调控分子，通过激活成肌细胞中 AMPK 通路促进 TCA 的能量代谢。这些研究结果为开发乳酸补充提高成肌细胞增殖和分化能力的应用价值奠定了分子基础。

基于 KEGG 代谢途径阐明乳酸处理对成肌细胞增殖和分化影响的代谢机制。虚线箭头表示多重生化反应；实心箭头表示单一生化反应。不加框架的代谢物是指未检测到的代谢物。

Reference

1. Brooks, G. A. The Science and Translation of Lactate Shuttle Theory. Cell Metab 27, 757-785, doi:10.1016/j.cmet.2018.03.008 (2018).

2. Rabinowitz, J. D. & Enerback, S. Lactate: the ugly duckling of energy metabolism. Nat Metab 2, 566-571, doi:10.1038/s42255-020-0243-4 (2020).

3. Nalbandian, M. & Takeda, M. Lactate as a Signaling Molecule That Regulates Exercise-Induced Adaptations. Biology (Basel) 5, doi:10.3390/biology5040038 (2016).

原文出自 IJMS 期刊：https://www.mdpi.com/1942814

Zhou, Y.; Liu, X.; Huang, C.; Lin, D. Lactate Activates AMPK Remodeling of the Cellular Metabolic Profile and Promotes the Proliferation and Differentiation of C2C12 Myoblasts. Int. J. Mol. Sci. 2022, 23, 13996. 

IJMS 期刊介绍

主编：Maurizio Battino, Marche Polytechnic University, Italy

期刊发表生物化学与分子生物学、生物材料、生物物理、生物医学、化学和纳米科学等分子相关领域研究，已被 Scopus、SCIE (Web of Science)、PubMed 等数据库收录。

2021 Impact Factor：6.208

2021 CiteScore：6.9

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Time to Publication：34 Days