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为探究乳酸是否通过代谢重编程促进成骨分化，研究人员以 MC3T3-E1 细胞等为对象，发现乳酸通过 Gpr81 激活 Jak2–Stat3-Y705 和 Akt–Stat3-S727 信号，诱导氧化磷酸化（OXPHOS）和骨形成。GPR81 缺失小鼠骨形成降低，揭示新机制。
骨骼作为高度耗能的器官，时刻进行着骨吸收与骨形成的动态平衡。成骨细胞的分化和功能发挥离不开能量代谢的精准调控，其中葡萄糖代谢、线粒体生物发生和氧化呼吸被认为是关键环节。以往研究发现，未成熟成骨细胞约 40% 的 ATP 来自糖酵解，成熟成骨细胞这一比例更是接近 80%，且随着成骨分化的进行，细胞会发生代谢向氧化磷酸化（OXPHOS）的转变，但背后的机制一直模糊不清。乳酸作为糖酵解的终产物，长期以来被视为缺氧条件下的代谢 “废物”，但近年研究发现其在能量代谢重编程和细胞间通讯中扮演重要角色。在骨微环境中，成骨细胞分化时以及血管内皮细胞等都会产生乳酸，且已有研究表明乳酸可通过稳定缺氧诱导因子 1（HIF-1）、增强甲状旁腺激素（PTH）作用等促进成骨分化，还能诱导代谢重编程。不过，乳酸是否能促进成骨细胞的 OXPHOS，以及其受体 G 蛋白偶联受体 81（Gpr81）在骨代谢中的体内作用尚不明确。
为填补这些研究空白，中国的研究人员开展了相关研究，其成果发表在《Cellular Signalling》。
研究人员采用了多种关键技术方法，包括微阵列和 RNA 测序分析基因表达情况，免疫印迹法验证信号通路的激活，通过抑制剂（如 AG490 抑制 Jak2–Stat3-Y705 信号、3-OBA 抑制 Gpr81）和基因干扰技术（Gpr81 siRNA、MCT1 siRNA）探究信号通路和转运蛋白的作用，还构建了成骨细胞 GPR81 缺陷小鼠模型来研究体内效应，同时检测了细胞的 ATP 含量、琥珀酸脱氢酶活性、耗氧率（OCR）等代谢指标。
乳酸诱导 MC3T3-E1 细胞氧化磷酸化
研究人员对前成骨 MC3T3-E1 细胞进行乳酸处理，发现细胞内 ATP 含量显著增加，琥珀酸脱氢酶活性被激活，耗氧率也得到增强。在 PTH 处理的 MC3T3-E1 细胞中，乳酸处理同样增加了 OXPHOS 水平，表明乳酸对成骨细胞的 OXPHOS 有促进作用。
Stat3 信号在乳酸处理的细胞中富集
通过微阵列和 RNA 测序分析发现，在单独用乳酸处理或乳酸与 PTH 共同处理的 MC3T3-E1 细胞中，Stat3 信号显著富集。免疫印迹验证分析进一步显示，乳酸能够激活 Jak2–Stat3-Y705 和 Akt–Stat3-S727 信号。当用 AG490 抑制 Jak2–Stat3-Y705 信号时，乳酸诱导的成骨细胞分化被中断，说明 Stat3 信号在乳酸诱导的成骨分化中起着关键作用。
Gpr81 介导乳酸诱导的信号和细胞分化
实验发现，用 3-OBA 抑制 Gpr81 或通过 Gpr81 siRNA 降低 Gpr81 表达，会抑制 Gpr81–Jak2–Stat3-Y705 和 Gpr81–Akt–Stat3-S727 信号，同时 OXPHOS 和 MC3T3-E1 细胞的分化也受到抑制。而用 AZD3965 阻断单羧酸转运蛋白 1（MCT1），则不会产生这些抑制效果，表明乳酸是通过其受体 Gpr81 而非 MCT1 转运进入细胞来发挥作用的。进一步研究表明，Gpr81 的亚基 Gβγ在乳酸 - Gpr81 信号中起核心作用。
成骨细胞 GPR81 缺陷小鼠骨形成降低
在体内研究中，构建的成骨细胞 GPR81 缺陷小鼠表现出较低的骨形成，为 Gpr81 在成骨细胞稳态中的体内作用提供了直接证据。
结论与讨论
本研究揭示了乳酸通过激活 Gpr81–Stat3 信号调控细胞分化和 OXPHOS 的新机制。乳酸作为糖酵解的产物，不再仅仅是代谢废物，而是通过与 Gpr81 结合，激活 Jak2–Stat3-Y705 和 Akt–Stat3-S727 信号通路，促进成骨细胞的 OXPHOS 和分化。体内实验证实了 Gpr81 在骨形成中的重要性，GPR81 缺陷会导致骨形成减少。这一发现不仅加深了我们对乳酸在成骨细胞代谢中作用的理解，还为骨代谢相关疾病的研究提供了新的靶点和思路，有助于开发促进骨形成、治疗骨质疏松等疾病的新策略。
