乳酸通过AKT-PKM2轴抑制小鼠胚胎腭间充质细胞软骨形成：揭示腭裂发病新机制

本研究针对先天性腭裂这一常见颌面部发育畸形，聚焦软骨基质形成关键环节，揭示了乳酸通过激活AKT-PKM2信号轴抑制腭部软骨发育的新机制。研究人员通过建立小鼠胚胎腭间充质细胞(MEPM)模型，结合缺氧(CoCl2诱导)和乳酸处理，发现乳酸通过上调HK2/LDHA/PKM2等糖酵解酶表达、增强PI3K/AKT信号通路活性，显著抑制Col2α1和aggrecan表达。该研究为理解代谢异常导致腭裂的分子机制提供了新视角，为早期干预策略开发奠定理论基础。

　　

先天性腭裂作为最常见的颌面部发育畸形之一，不仅影响患儿面部美观，更会导致喂养困难、语言障碍等一系列健康问题。尽管已知遗传和环境因素共同参与发病，但具体机制仍未完全阐明。在胚胎发育过程中，腭部软骨基质的正常形成对腭板融合至关重要，而糖酵解代谢异常导致的乳酸积累已被发现与多种发育缺陷相关。有趣的是，临床观察到腭裂患儿母亲及羊水中乳酸水平异常升高，提示乳酸可能是连接母体环境与胚胎发育的关键代谢信使。然而，乳酸如何影响腭部软骨发育？其作用机制是否与已知的缺氧病理过程存在关联？这些问题成为解开腭裂病因学谜团的重要突破口。

首都医科大学附属北京口腔医院的研究团队在《BMC Oral Health》发表的最新研究，首次系统揭示了乳酸通过AKT-PKM2信号轴调控腭部软骨发育的分子机制。研究人员采用胚胎13.5天(E13.5)和12.5天(E12.5)的小鼠腭间充质细胞(MEPM)进行21天的软骨诱导培养，通过乳酸处理、CoCl₂模拟缺氧等实验手段，结合Alcian blue染色、qRT-PCR、Western blot等技术，系统分析了乳酸对软骨基质形成的影响及其与缺氧的交互作用。

关键技术方法包括：1) 从E13.5/E12.5 ICR小鼠分离原代MEPM细胞并通过波形蛋白(vimentin)免疫荧光鉴定；2) 建立21天软骨诱导分化体系评估乳酸和CoCl₂对蛋白聚糖沉积的影响；3) 采用微板法检测细胞内乳酸含量；4) 通过AKT抑制剂(MK-2206)和PKM2抑制剂(紫草素)进行功能回复实验；5) 全面检测HIF-1α、糖酵解酶(HK2/PKM2/LDHA)及PI3K/AKT/mTOR通路蛋白表达。

研究结果

MEPM细胞的形态学特征与来源鉴定

通过显微镜观察发现E13.5 MEPM细胞呈多边形形态，免疫荧光证实其高表达间充质标志物vimentin而上皮标志物CK14阴性，确认为间充质来源。软骨诱导培养21天后细胞形态未见显著改变。

乳酸对软骨基质形成的抑制作用

Alcian blue染色显示乳酸呈浓度依赖性抑制蛋白聚糖沉积(5mM乳酸组减少约50%)，qRT-PCR证实Col2α1和aggrecan mRNA表达显著下调。E12.5细胞实验重现了这一现象，表明乳酸抑制作用存在于不同发育阶段。

缺氧通过增加细胞内乳酸抑制软骨形成

5μM CoCl₂处理使细胞内乳酸含量增加2.3倍，同时显著抑制蛋白聚糖沉积和软骨标志物表达。当联合乳酸处理时，抑制作用进一步加剧，但PKM2表达出现反常下降。

2处理的Alcian blue染色(B)软骨标志物表达(C)细胞内乳酸含量(D)乳酸与CoCl₂联合效应'>

乳酸通过AKT-PKM2轴调控糖酵解

Western blot显示乳酸和CoCl₂均能上调HK2、PKM2和LDHA表达，但联合处理组PKM2显著低于单独CoCl₂组。使用PKM2抑制剂可部分逆转乳酸对软骨形成的抑制。机制上，乳酸通过增强AKT磷酸化激活该通路，而AKT抑制剂MK-2206能阻断乳酸对糖酵解酶的上调作用。

结论与意义

该研究首次阐明乳酸通过AKT-PKM2信号轴抑制腭部软骨发育的具体机制：1) 缺氧和乳酸均可独立激活PI3K/AKT通路，上调PKM2等糖酵解酶表达；2) PKM2作为关键效应分子直接参与软骨基质形成调控；3) 缺氧与乳酸存在协同效应，但联合作用时通过未知机制下调PKM2。这一发现为理解代谢异常导致腭裂提供了新视角——母体炎症、缺氧等病理状态可能通过改变乳酸微环境干扰胚胎腭部发育。研究不仅完善了腭裂的"代谢病因学说"，更为开发靶向AKT-PKM2轴的早期干预策略奠定了理论基础。未来需要进一步验证乳酸调控PKM2的具体方式（如蛋白稳定性或核转位）及其在整体动物模型中的作用。