首頁資訊多運(yùn)動，促進(jìn)腦細(xì)胞生長！中國科學(xué)院郭偉翔研究組揭示乳酸調(diào)控神經(jīng)發(fā)生的分子機(jī)制

多運(yùn)動，促進(jìn)腦細(xì)胞生長！中國科學(xué)院郭偉翔研究組揭示乳酸調(diào)控神經(jīng)發(fā)生的分子機(jī)制

來源：泰然健康網(wǎng) 時間：2025年07月12日 20:53

▎藥明康德內(nèi)容團(tuán)隊編輯

劇烈鍛煉后，往往第二天我們就會感覺到肌肉酸痛，這種感覺與運(yùn)動導(dǎo)致的乳酸堆積有一定關(guān)系。其實，長時間運(yùn)動后，流入大腦的乳酸也會增多。而科學(xué)家最近發(fā)現(xiàn)，這些乳酸對腦細(xì)胞的新生很重要。

日前，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所郭偉翔研究組在Developmental Cell上發(fā)表論文，揭示了乳酸穿梭維持神經(jīng)干細(xì)胞（NSC）乳酸穩(wěn)態(tài)，并通過表觀遺傳調(diào)控成體海馬神經(jīng)發(fā)生的分子機(jī)制，為理解乳酸如何調(diào)控大腦功能提供了理論依據(jù)。

研究作者在論文中指出，多年來，乳酸被視為糖酵解代謝的終極廢物，然而一些新的研究證據(jù)卻發(fā)現(xiàn)，乳酸無論是作為代謝燃料還是作為一種信號分子，在大腦中都有重要的新作用。而且，細(xì)胞外乳酸還被發(fā)現(xiàn)能夠促進(jìn)成年神經(jīng)干細(xì)胞的增殖。哺乳動物大腦中，成年神經(jīng)干細(xì)胞的增殖是某些腦區(qū)能夠終生持續(xù)生成新的神經(jīng)元的基礎(chǔ)，然而，乳酸如何調(diào)節(jié)成年神經(jīng)干細(xì)胞增殖及隨后神經(jīng)發(fā)生的機(jī)制仍然不清楚。

在新研究中，作者發(fā)現(xiàn)神經(jīng)干細(xì)胞的乳酸平衡由兩種單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（monocarboxylate transporter，簡稱MCT）控制：MCT1和MCT2。其中，MCT1負(fù)責(zé)將乳酸運(yùn)出細(xì)胞，MCT2則負(fù)責(zé)將細(xì)胞外的乳酸運(yùn)入細(xì)胞。

以往的研究提示，乳酸衍生的組蛋白賴氨酸乳酸化可作為一種表觀遺傳修飾，直接刺激染色質(zhì)上基因的轉(zhuǎn)錄。在新研究中，作者進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)干細(xì)胞內(nèi)的乳酸通過調(diào)控組蛋白乳酸化，調(diào)節(jié)細(xì)胞周期相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，例如MDM2介導(dǎo)的p53信號，進(jìn)而調(diào)控成年海馬的神經(jīng)發(fā)生。

▲研究示意圖：乳酸穿梭通過組蛋白乳酸化修飾調(diào)控成體海馬神經(jīng)發(fā)生（圖片來源：參考資料[1]）

當(dāng)研究者特異性敲除負(fù)責(zé)乳酸排出的MCT1時，乳酸在小鼠神經(jīng)干細(xì)胞內(nèi)異常堆積，導(dǎo)致組蛋白乳酸化水平增高，激活MDM2-p53信號，進(jìn)而造成神經(jīng)干細(xì)胞過度增殖。這種過度增殖會耗盡成年神經(jīng)干細(xì)胞池，造成神經(jīng)發(fā)生缺陷。不過，用藥物抑制MDM2-p53相互作用，可以幫助MCT1缺陷小鼠恢復(fù)正常的神經(jīng)發(fā)生。

另一方面，當(dāng)負(fù)責(zé)乳酸內(nèi)流的MCT2發(fā)生遺傳缺陷，細(xì)胞外乳酸無法正常流入，外源性乳酸觸發(fā)的組蛋白乳酸化隨之被阻斷，乳酸對神經(jīng)干細(xì)胞的促增殖作用受到抑制。

值得一提的是，研究者還設(shè)計了一組實驗，顯示了乳酸穿梭的生理學(xué)意義。作者讓小鼠連續(xù)多日在跑輪上盡情奔跑，與以往的研究結(jié)果一致，運(yùn)動提高了流入小鼠腦中的乳酸水平，相比久坐的同伴，長跑的小鼠在學(xué)習(xí)與記憶相關(guān)的關(guān)鍵腦區(qū)——海馬體，神經(jīng)干細(xì)胞顯示出更活躍的增殖。然而，這些小鼠的神經(jīng)干細(xì)胞若是缺少調(diào)控乳酸內(nèi)流的MCT2，也就是讓神經(jīng)干細(xì)胞利用不了細(xì)胞外的乳酸，長跑就無法再起到促進(jìn)海馬神經(jīng)干細(xì)胞增殖的作用。

因此，這些結(jié)果說明了運(yùn)動和學(xué)習(xí)刺激對成年海馬神經(jīng)發(fā)生的有益影響與乳酸的可用性呈正相關(guān)，乳酸穿梭對促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞增殖起到了不可或缺的作用。

中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所郭偉翔研究員為本文的通訊作者，郭偉翔組博士生李志敏為該論文第一作者。

參考資料：

[1] Zhimin Li et al., Lactate shuttling links histone lactylation to adult hippocampal neurogenesis in mice. Developmental Cell (2025) Doi: https://doi.org/10.1016/j.devcel.2024.12.021

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