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Cell重磅-线粒体排乳酸氧化应激改写教科书

乳酸不是废物!线粒体靠它“泄压”防氧化,一个延续多年的代谢教条正在被推翻。

线粒体,细胞内的能量工厂,一直被描绘成勤奋的“燃烧者”——吞噬葡萄糖的分解产物丙酮酸,将其彻底氧化,为细胞供电。在这个经典图景里,乳酸是边角废料,或者最多是线粒体偶尔拿来烧一烧的备用燃料。就在刚刚,智利科学研究中心的团队在《细胞·代谢》上发表的研究,给这幅图画做了手术刀般的修正。他们发现,哺乳动物的线粒体几乎不“烧”乳酸。恰恰相反,它是乳酸的生产者和出口商。

研究者用基因编码的荧光探针,活生生地看到了线粒体内部的乳酸动态。当细胞外的葡萄糖或乳酸浓度一变,线粒体基质里的乳酸水平在几秒内就跟着波动。这说明线粒体内膜对乳酸相当“友好”,进出通畅。但进去之后呢?乳酸并没有像丙酮酸那样驱动电子传递链,没有为ATP生产贡献力量。它不是好燃料。那线粒体拿乳酸做什么?答案是:用它来泄压。

线粒体在工作时,尤其是高能状态下,会积累大量还原当量NADH。NADH太多,电子传递链就会堵车,电子漏出,与氧气反应生成活性氧——细胞里最危险的氧化炸弹。这时候,线粒体内的乳酸脱氢酶出手了。它把丙酮酸还原成乳酸,顺手把NADH氧化成NAD+。NAD+的再生,等于疏通了电子传递链的拥堵。紧接着,新生的乳酸通过线粒体丙酮酸载体MPC被快速排到线粒体外。

整个过程就像一个压力阀。乳酸不是废物,它是卸掉氧化压力的载体。研究者给这个机制起了一个精准的名字:乳酸泄压。阻断MPC,乳酸排不出去,线粒体基质里过氧化氢立刻飙升。缺氧条件下,这个效应更猛烈。而正常情况下,轻度缺氧反而会刺激线粒体多产乳酸、多排乳酸,把危险消弭于无形。

这项发现的意义远远超出基础代谢研究。线粒体氧化应激是糖尿病、神经退行性疾病、心肌缺血再灌注损伤、肿瘤等一大类疾病的共同底层机制。过去人们试图用抗氧化剂去硬扫活性氧,效果不佳,因为那些药物往往分不清好自由基和坏自由基。现在,乳酸泄压通路提供了一个更优雅的干预靶点:帮线粒体把压力排出去,而不是等它炸了再去灭火。教科书上关于乳酸和线粒体的那几页,该重写了。