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乳酸升高到底是在抑制免疫,还是在给免疫细胞“供能”?如何拆开乳酸摄取、酸化和乳酸化三条机制?
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PREFACE 00

前言

很多免疫代谢研究里,乳酸几乎已经变成了一个“默认的免疫抑制因子”。

肿瘤细胞糖酵解增强,乳酸大量积累,随后T细胞功能下降、NK细胞杀伤减弱、巨噬细胞表型改变,于是很容易得到一条看起来非常完整的机制链:

乳酸升高→免疫抑制→疾病进展。

但真正开始做实验以后,经常会遇到一些解释不通的结果。

同样加入20 mmol/L乳酸,有的实验里T细胞IFN-γ明显下降,有的实验影响却并不大;有的研究发现乳酸使巨噬细胞功能发生改变,还有研究发现部分免疫细胞可以直接利用乳酸进入线粒体代谢;再继续往下做,又会发现乳酸还能改变蛋白乳酸化水平。

这时问题就出现了:

我们实验里观察到的“乳酸效应”,到底来自哪一层?

是细胞把乳酸摄取进去以后,把它当作代谢底物继续利用?

是乳酸积累同时造成了细胞外酸化,真正影响免疫细胞的是低pH?

还是乳酸进入细胞以后进一步改变蛋白乳酸化,最终重塑免疫细胞功能?

这三条机制完全可能同时存在。

如果实验设计没有把它们拆开,最终即使看到乳酸处理组与对照组存在显著差异,也很难判断乳酸究竟通过什么方式发挥作用。

所以,免疫代谢研究中一个很重要的问题,不再只是“乳酸有没有作用”,而是:

乳酸作为代谢底物、酸性微环境和乳酸化底物,这三个身份到底各自贡献了多少?

如果能把这三条线真正拆开,乳酸研究的机制深度会完全不同。

导读

一、为什么“乳酸升高=免疫抑制”这个结论还远远不够

二、乳酸进入免疫细胞以后,到底能不能真的作为能源使用

三、研究乳酸摄取,为什么不能只测MCT1表达

四、乳酸效应和低pH效应,实验上应该怎样彻底拆开

五、为什么“乳酸钠”和“乳酸”可能做出完全不同的实验结果

六、乳酸化升高以后,怎样证明它真的参与了免疫功能变化

七、Pan-Kla升高为什么不能直接证明“乳酸化机制成立”

八、乳酸摄取、酸化和乳酸化三条机制,怎样放进同一套实验中

九、T细胞、巨噬细胞做乳酸实验,为什么可能得到相反结果

十、乳酸研究中最容易出现哪些实验设计问题

十一、一套完整的乳酸—免疫代谢研究可以怎样形成机制闭环

十二、博恩生物可以为免疫代谢研究提供哪些实验支持

SECTION 01

01

为什么“乳酸升高=免疫抑制”这个结论还远远不够

1、实验里的“乳酸升高”实际上包含了多个变量

很多实验会直接在培养基中加入乳酸,然后观察细胞功能。

问题在于,乳酸环境发生改变以后,至少可能同时出现三个变化。

第一,细胞外乳酸浓度升高。

第二,细胞外pH发生下降。

第三,乳酸通过单羧酸转运体进入细胞,改变细胞内乳酸池、氧化还原状态、碳代谢以及蛋白乳酸化。

如果这三个变量没有分开控制,后面观察到的增殖下降、细胞因子降低、吞噬改变或者极化变化,都很难直接归因。

特别是在T细胞实验中,酸性环境本身就可能明显影响TCR激活、细胞因子释放和代谢活动。

如果使用乳酸直接降低培养基pH,最后发现IFN-γ下降,这只能说明“乳酸+酸化环境”产生了抑制作用,还无法说明乳酸分子本身就是原因。

2、乳酸并不只是糖酵解的废物

传统研究经常把乳酸理解成糖酵解增强以后排出去的代谢废物。

现在来看,这个理解已经明显不够。

乳酸可以在不同细胞之间转运。

一部分细胞大量产生并释放乳酸,另一部分细胞可以把乳酸摄取进去,再转化为丙酮酸进入线粒体代谢。

所以,在某些环境中,乳酸确实可能成为一个可以利用的碳源。

这就意味着:

同样是高乳酸环境,一个严重依赖糖酵解、同时又需要持续向外排乳酸的细胞,和一个具有较强乳酸氧化能力的细胞,面对乳酸时的反应可能完全不同。

3、乳酸还是一个能够改变细胞状态的信号来源

乳酸进入细胞以后,其作用也不会停留在“产生ATP”。

细胞内乳酸池改变以后,可能进一步影响氧化还原平衡、代谢通量以及蛋白翻译后修饰。

其中目前研究非常多的一条路线,就是蛋白乳酸化。

因此,同一个乳酸处理实验里,很可能同时存在短时间的代谢效应和更晚发生的乳酸化、转录及细胞命运改变。

如果只选择一个24小时终点,就容易把完全不同时间层级的机制混在一起。

4、乳酸作用具有明显的细胞类型依赖性

T细胞、巨噬细胞、NK细胞、中性粒细胞面对乳酸时,代谢背景并不相同。

即使同样是T细胞,初始T细胞、效应T细胞、记忆T细胞和耗竭T细胞的葡萄糖依赖、线粒体状态以及MCT表达也可能不同。

因此,“乳酸促进免疫”或者“乳酸抑制免疫”都不应该成为先验结论。

实验真正需要回答的是:

在当前细胞状态、当前乳酸浓度和当前pH条件下,哪一条乳酸作用路径占主导。

SECTION 02

02

乳酸进入免疫细胞以后,到底能不能真的作为能源使用

1、第一步不是看ATP,而是先证明乳酸确实进入了细胞

如果研究假设是“乳酸给免疫细胞供能”,第一步必须证明细胞能够摄取乳酸。

可以首先检测SLC16A1、SLC16A3等单羧酸转运相关分子的表达,结合细胞内乳酸水平判断处理以后乳酸池是否发生变化。

但这一步只能证明细胞“具备乳酸转运条件”。

真正的摄取最好进一步通过转运干预进行验证。

例如干预MCT1以后,再观察细胞内乳酸增加是否明显减弱。

如果乳酸加入培养基以后细胞内乳酸升高,而阻断相关转运以后这种变化消失,才更接近证明乳酸确实进入了细胞。

2、乳酸进入细胞不等于乳酸被当成能源

这是第二个非常容易混淆的地方。

细胞里检测到大量乳酸,只能说明乳酸池发生了变化。

它可能被储存在细胞内,也可能参与信号调控,还可能真正进入碳代谢。

如果要证明“乳酸供能”,需要继续回答:

乳酸的碳有没有进入丙酮酸和TCA循环?

这一步最直接的思路,是使用稳定同位素标记乳酸。

例如使用13C标记乳酸作为底物,随后检测标记碳是否进入丙酮酸、柠檬酸、苹果酸等代谢中间物。

如果乳酸的碳真正进入了TCA循环,才能比较有力地说明细胞正在利用乳酸作为代谢底物。

3、Seahorse可以提供功能证据,但不能单独证明乳酸被利用

另一种常见做法,是加入乳酸以后检测OCR。

如果乳酸处理后氧耗增加,很容易解释成“乳酸进入线粒体供能”。

这个结论仍然需要谨慎。

因为OCR变化也可能来自整体细胞状态改变、线粒体活性改变或者其他底物利用变化。

所以更完整的思路是:

乳酸加入以后OCR增加;

阻断乳酸摄取以后OCR增加消失;

同时能够看到乳酸来源的碳进入TCA循环。

三层证据一致,才能更有力地支持“乳酸作为能源底物”。

4、还可以加入营养限制条件验证乳酸的替代能力

如果研究重点是证明乳酸能够给免疫细胞“补充燃料”,一个很有价值的实验是降低培养环境中的葡萄糖供应。

例如设置正常葡萄糖和低葡萄糖环境,再分别加入乳酸。

如果在低葡萄糖条件下,乳酸能够恢复部分ATP、线粒体呼吸、细胞存活或者免疫功能,而且这种恢复依赖乳酸转运,那么“乳酸作为可利用底物”的证据会更加完整。

但需要注意,乳酸即使能够恢复功能,也不能只根据这一点得出“供能”结论。

因为乳酸同时还可能发挥信号作用。

最好继续结合转运、代谢流和线粒体功能共同判断。

SECTION 03

03

研究乳酸摄取,为什么不能只测MCT1表达

1、MCT表达量和实际乳酸通量不是同一件事

很多文章的乳酸机制最终停在:

乳酸处理后MCT1升高;

敲低MCT1后表型减弱;

因此乳酸通过MCT1发挥作用。

这条证据链仍然偏短。

MCT属于单羧酸转运系统,真正的乳酸通量会受到细胞内外乳酸浓度、质子梯度以及细胞代谢状态影响。

所以MCT1表达升高,并不意味着乳酸摄取一定同步升高。

2、乳酸转运具有方向性问题

一个高度糖酵解的免疫细胞,本身可能就在持续产生大量乳酸。

此时MCT系统的重要作用之一可能是帮助细胞把乳酸排出去。

如果外界乳酸进一步升高,细胞内外乳酸梯度发生改变,原本的乳酸外排过程就可能受到影响。

这时细胞功能下降,未必完全来自“外源乳酸被大量吃进去”。

还可能是细胞自身乳酸外排受到限制,导致胞内乳酸和代谢压力增加。

所以研究乳酸摄取时,最好同时关注细胞外和细胞内乳酸。

3、药理抑制和遗传干预最好相互验证

如果只使用一种MCT抑制剂,然后发现乳酸效应消失,很容易把全部结果归因于MCT。

更稳妥的方式是:

先使用药理方法得到初步结果,再使用siRNA、shRNA或CRISPR等方式干预目标转运体进行重复验证。

尤其当MCT本身还参与细胞自身乳酸排出时,长期敲低可能直接改变基础代谢。

因此需要同时设置:

未加外源乳酸的MCT干预组。

否则无法判断最终表型来自阻断外源乳酸,还是来自MCT缺失本身导致的代谢异常。

4、可以把“摄取”进一步和“利用”拆开

最理想的设计是形成这样的逻辑:

外源乳酸增加;

细胞内乳酸升高;

阻断MCT后细胞内乳酸升高减弱;

13C乳酸进入TCA中间物;

阻断MCT后13C标记进入减少;

同时乳酸所带来的功能变化被削弱。

这样才真正把乳酸从“培养基里的一个处理因素”推进到了“被免疫细胞摄取并利用的代谢底物”。

SECTION 04

04

乳酸效应和低pH效应,实验上应该怎样彻底拆开

1、至少要建立一个“乳酸×pH”的双因素设计

这是整篇研究中最关键的一步。

如果想回答乳酸分子和酸化环境谁在发挥作用,建议至少设置四类条件。

第一组,正常pH、无额外乳酸。

第二组,正常pH、高乳酸。

第三组,低pH、无额外乳酸。

第四组,低pH、高乳酸。

例如,根据具体细胞耐受情况,可以把正常培养条件维持在pH 7.4附近,再设置pH 6.8或者更低的酸性条件,同时建立不同乳酸浓度。

具体浓度和pH不应机械照搬文献,而应该先通过预实验确认当前细胞的耐受范围。

这个设计的价值在于,可以分别观察:

单独提高乳酸有没有作用;

单独降低pH有没有作用;

乳酸和低pH同时存在时,是否产生协同效应。

2、正常pH高乳酸组建议使用乳酸盐体系

如果直接加入乳酸,培养基pH会同步下降。

这时乳酸浓度和pH无法分离。

因此,如果目标是观察“乳酸根本身”的作用,可以使用乳酸钠等方式增加乳酸,同时重新校正培养基pH。

这样得到的高乳酸环境不伴随明显酸化。

随后再使用HCl等方式建立独立的低pH组。

最终就可以分别比较乳酸和H+的贡献。

3、低pH组必须排除乳酸因素

如果低pH组仍然通过加入乳酸建立,那么这组仍然同时存在乳酸和酸化。

更合理的酸化对照,是使用独立方式降低培养基pH,同时保持外源乳酸水平不增加。

这样才能回答:

单纯酸性环境本身能不能产生相同表型。

4、实验过程中需要持续确认pH,而不是配液时测一次

这是一个经常被忽略的技术问题。

细胞培养过程中,CO2/HCO3-缓冲体系、细胞代谢以及培养时间都会改变培养液pH。

尤其高密度免疫细胞本身会产生乳酸。

所以配制培养基时pH为7.4,不代表12小时、24小时以后仍然是7.4。

如果研究本身围绕酸化机制,建议在关键时间点实际监测培养液pH。

必要时调整缓冲体系、细胞密度和培养液体积。

否则所谓“pH对照”可能在实验后期已经失效。

5、还要注意乳酸钠带来的渗透压和钠离子变化

如果加入较高浓度乳酸钠,培养基中的Na+和渗透压也会改变。

因此在高浓度实验中,可以增加相应离子或渗透压对照。

特别是当乳酸使用浓度较高、细胞本身又比较敏感时,这一步能够减少非特异性解释。

SECTION 05

05

为什么“乳酸钠”和“乳酸”可能做出完全不同的实验结果

1、两种处理实际模拟的微环境并不相同

乳酸钠主要用于提高乳酸浓度,同时可以维持相对稳定的中性pH。

乳酸则会同时增加乳酸和H+。

因此,两种处理虽然在文章里都可能被写成“lactate treatment”,实际细胞面对的环境不同。

这也是为什么不同实验室使用相似乳酸浓度,最后得到的免疫表型可能完全不同。

2、酸性环境会改变乳酸转运过程

单羧酸转运与质子梯度相关。

所以乳酸和酸化之间并不是完全独立的两条线。

低pH不仅能够直接影响细胞,还可能进一步改变乳酸跨膜转运。

这意味着第四组“高乳酸+低pH”很重要。

它更接近部分病理微环境中乳酸和酸化同时存在的状态。

3、可以进一步检测细胞内pH

如果条件允许,可以使用细胞内pH荧光探针等方法观察胞内酸化。

因为细胞外pH下降,并不意味着不同细胞产生完全相同的胞内pH变化。

有些细胞具有更强的质子排出和pH稳态能力。

这也可能解释为什么不同免疫细胞面对同样低pH时功能差异很大。

4、结果解释最好从“哪个因素占主导”入手

例如:

中性pH高乳酸几乎没有明显抑制作用,但单独低pH已经明显降低T细胞IFN-γ。

这时更应该强调酸化贡献。

如果中性pH高乳酸仍然明显改变细胞功能,而且MCT干预后效应消失,则更支持乳酸摄取相关机制。

如果高乳酸+低pH作用明显强于两者单独处理,则说明乳酸和酸性环境可能存在协同。

这种结果比简单写“乳酸抑制免疫”更有信息量。

SECTION 06

06

乳酸化升高以后,怎样证明它真的参与了免疫功能变化

1、先确认乳酸处理后乳酸化是否真的发生变化

如果研究假设是乳酸通过蛋白乳酸化改变免疫功能,可以先检测整体蛋白乳酸化水平。

例如使用Pan-Kla抗体进行Western blot,观察乳酸处理以后整体乳酸化信号是否发生改变。

对于明确关注组蛋白乳酸化的研究,还可以检测H3、H4上的候选乳酸化位点。

但是这只能作为第一层证据。

2、乳酸化时间点最好和急性代谢效应分开

乳酸进入细胞和改变细胞代谢可以发生得很快。

蛋白乳酸化及其进一步造成的转录变化通常属于另一时间层级。

因此可以设计时间梯度。

例如早期观察细胞内乳酸、OCR、ATP、pH等变化,随后在更晚时间检测Kla、目标基因以及免疫功能。

如果乳酸加入数十分钟后功能就迅速改变,而乳酸化直到较晚时间才明显升高,那么乳酸化可能更适合解释持续性或后期表型,而不是最早的急性效应。

3、最好在中性pH条件下先验证乳酸化

如果使用乳酸直接处理,低pH本身会改变大量细胞过程。

这时即使Kla升高,也无法判断细胞功能变化究竟来自乳酸化还是酸化。

一个更干净的设计,是先在pH校正后的乳酸盐条件下观察:

细胞内乳酸是否升高;

Kla是否升高;

细胞功能是否发生变化。

然后再叠加低pH条件,看酸化是否进一步放大这一作用。

4、乳酸摄取应该位于乳酸化机制的上游验证中

如果假设是“外源乳酸→MCT摄取→胞内乳酸升高→蛋白乳酸化→免疫功能改变”,那么阻断乳酸摄取以后,理论上至少应该观察到胞内乳酸和相关乳酸化变化下降。

如果MCT干预完全不影响Kla,但功能表型却发生改变,就需要重新思考这条机制链是否成立。

5、乳酸化还需要找到具体功能蛋白或者组蛋白位点

Pan-Kla变化非常适合发现现象。

但是想把文章做到更深,需要继续找到与表型相关的具体乳酸化对象。

可以从候选蛋白入手,通过免疫沉淀结合Kla检测,判断目标蛋白是否发生乳酸化。

如果研究的是组蛋白乳酸化,则可以进一步关注候选基因启动子区域相关的组蛋白乳酸化变化。

这样才能把“乳酸化总体升高”推进到具体调控机制。

SECTION 07

07

Pan-Kla升高为什么不能直接证明“乳酸化机制成立”

1、Pan-Kla只说明总体乳酸化水平改变

Western blot上出现几条更深的Kla条带,只说明蛋白乳酸化发生了变化。

它没有告诉我们是哪一个蛋白。

也没有告诉我们这个修饰是否与当前免疫表型存在因果关系。

所以“乳酸处理→Pan-Kla升高→细胞因子下降”还只是相关性证据。

2、需要进一步锁定候选蛋白

如果已有明确科学假设,可以直接检测候选蛋白乳酸化。

例如先进行目标蛋白IP,再检测Kla。

也可以反向进行Kla相关富集,再检测目标蛋白。

如果条件允许,再使用针对性质谱确认具体赖氨酸位点。

这类靶向验证并不需要把整个研究做成大规模组学。

3、位点突变是建立因果关系的重要一步

当明确某一个赖氨酸位点可能发生乳酸化以后,可以将该位点突变为不能发生相同赖氨酸修饰的残基,再进行回补实验。

例如在内源目标蛋白降低的背景下,分别回补WT和乳酸化缺失型突变体。

如果WT能够恢复乳酸相关表型,而位点突变后这种作用明显减弱,就可以更有力地证明该乳酸化位点具有功能意义。

需要注意,简单使用某一种氨基酸替换去“模拟乳酸化”需要谨慎解释,因为乳酸化的空间结构和电荷改变并不能被普通突变完全等效复制。

4、组蛋白乳酸化还需要进入转录层面

如果研究方向是“乳酸→组蛋白乳酸化→某基因表达改变”,可以进一步做ChIP-qPCR。

先根据科学问题选择候选靶基因。

随后检测相关组蛋白乳酸化在其启动子或调控区域的富集是否增加。

如果乳酸处理后候选位点乳酸化增加、目标基因转录同步变化,同时干预乳酸摄取或相关乳酸化过程后两者均被逆转,机制链会完整很多。

SECTION 08

08

乳酸摄取、酸化和乳酸化三条机制,怎样放进同一套实验中

如果想把这个问题真正做清楚,可以采用“先拆分,再合并”的思路。

第一阶段先建立乳酸和pH的基础矩阵。

设置正常pH对照、中性pH高乳酸、低pH无额外乳酸以及低pH高乳酸四种环境。

首先比较细胞活性、增殖、免疫功能、细胞内乳酸、细胞内pH以及基础代谢。

这一阶段主要回答乳酸和酸化各自贡献多少。

第二阶段进入乳酸摄取验证。

在中性pH高乳酸条件下干预MCT。

检测细胞内乳酸、13C乳酸利用、OCR、ATP以及免疫功能。

如果阻断摄取以后乳酸的代谢和功能作用同步下降,就可以建立摄取机制。

第三阶段进入乳酸化验证。

继续在中性pH乳酸条件下检测Pan-Kla和候选乳酸化蛋白。

再观察MCT干预以后乳酸化是否下降。

如果找到具体候选蛋白或组蛋白位点,再进行位点和功能验证。

第四阶段重新加入酸化。

此时已经知道乳酸单独可以产生哪些作用。

再观察低pH是否进一步改变乳酸摄取、乳酸化和免疫功能。

这样最终能够形成三条平行又相互连接的机制:

乳酸→摄取→代谢利用→功能变化;

低pH→细胞内酸化/信号改变→功能变化;

乳酸→摄取→蛋白乳酸化→转录或蛋白功能变化。

最后再分析三条路径之间是否存在交叉。

这种实验结构比从一开始就堆大量通路蛋白,更容易形成清楚的科学问题。

SECTION 09

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T细胞、巨噬细胞做乳酸实验,为什么可能得到相反结果

1、效应T细胞本身具有很强的糖酵解需求

活化效应T细胞需要快速增殖、产生细胞因子并执行杀伤功能,通常具有较高糖酵解通量。

这类细胞本身就会产生和排出较多乳酸。

当外部环境乳酸浓度非常高,同时伴随酸化时,可能对其自身乳酸外排和代谢稳态形成压力。

所以在T细胞实验中,高乳酸和低pH经常更容易表现为功能抑制。

这时可以检测CD69、CD25、Ki67、IFN-γ、TNF-α、Granzyme B、Perforin以及杀伤功能,同时结合葡萄糖摄取、线粒体膜电位、OCR/ECAR等指标。

2、记忆T细胞和效应T细胞不能简单合并

不同T细胞状态的线粒体依赖程度并不一致。

如果乳酸能够被某些T细胞群体进一步氧化利用,它带来的结果可能与高度糖酵解的终末效应T细胞不同。

所以研究T细胞乳酸代谢时,一个很值得增加的设计是区分细胞状态。

例如同时观察效应表型、记忆表型和耗竭相关表型。

这样才能解释乳酸是在单纯降低功能,还是在改变T细胞命运。

3、巨噬细胞对乳酸的解释更加复杂

巨噬细胞研究中,乳酸既可能改变代谢,也可能参与蛋白乳酸化和基因表达调控。

因此,仅仅看到CD206、Arg1等指标上升,就直接写成“乳酸诱导M2极化”,信息量已经比较低。

更值得研究的是:

乳酸究竟通过酸化、摄取还是乳酸化改变了巨噬细胞哪一种具体功能。

例如吞噬、efferocytosis、炎症因子释放、迁移、抗原呈递、组织修复或者与T细胞相互作用。

这样可以摆脱单纯M1/M2框架。

4、同一种乳酸效应在不同疾病阶段也可能改变

急性炎症期的高乳酸环境和慢性肿瘤微环境中的持续高乳酸环境并不相同。

短时间乳酸暴露和连续数天乳酸暴露也可能产生完全不同的结果。

所以乳酸实验需要把时间纳入设计。

很多看似互相矛盾的研究,其实研究的是不同时间尺度下的乳酸作用。

SECTION 10

10

乳酸研究中最容易出现哪些实验设计问题

1、直接加乳酸,不测培养基pH

最后观察到的现象无法区分乳酸和酸化。

2、用乳酸钠处理,却把结论直接外推到酸性肿瘤微环境

中性高乳酸和高乳酸低pH属于不同环境。

3、只设置一个乳酸浓度

无法判断是否存在低浓度适应、高浓度抑制或者剂量窗口。

4、乳酸浓度直接照搬文献

不同细胞、培养液、细胞密度和处理时间的耐受范围不同。

5、高浓度乳酸处理后细胞大量死亡,却继续分析免疫功能

这时细胞因子下降很可能只是非特异性细胞损伤。

6、只检测MCT1表达,就认为证明了乳酸摄取

表达量不能替代实际乳酸通量。

7、只使用MCT药物抑制剂

需要考虑药物本身对细胞代谢产生的影响,最好增加遗传验证。

8、MCT敲低以后没有设置无乳酸对照

无法区分基础乳酸代谢异常和外源乳酸作用。

9、检测到细胞内乳酸升高,就认为乳酸被“供能”

需要进一步证明碳进入氧化代谢。

10、只看ATP变化就判断乳酸供能

ATP受到多条代谢路径共同影响。

11、Seahorse中OCR升高就直接解释成乳酸氧化

最好结合转运阻断和同位素碳流进行验证。

12、乳酸化只做一张Pan-Kla WB

只能证明总体修饰发生改变。

13、Pan-Kla升高以后直接写“乳酸化促进某表型”

缺少具体蛋白、具体位点和因果验证。

14、乳酸化和功能只测同一个24小时终点

无法判断乳酸化发生在表型之前还是之后。

15、使用高浓度乳酸钠,却没有考虑Na+和渗透压

部分表型可能来自培养环境变化。

16、不同处理组细胞密度不一致

细胞本身产生乳酸的速度不同,会进一步改变培养液pH和乳酸浓度。

17、只研究乳酸对单一免疫标志物的影响

免疫代谢最终最好落到真实功能,例如增殖、杀伤、吞噬、迁移、抗原呈递或细胞间互作。

18、把不同免疫细胞中的乳酸效应简单归纳成统一规律

乳酸作用高度依赖细胞类型、激活状态、营养环境、浓度和时间。

SECTION 11

11

一套完整的乳酸—免疫代谢研究可以怎样形成机制闭环

如果现在准备围绕“乳酸究竟抑制免疫还是给免疫细胞供能”设计一个基础科研课题,可以按照下面这条路线推进。

第一步,先建立现象。

选择目标免疫细胞,设置乳酸浓度和处理时间梯度。

同时检测细胞活性和核心功能。

先确认乳酸究竟是促进、抑制,还是存在明显的剂量依赖和时间依赖。

第二步,把乳酸和pH拆开。

建立正常pH无乳酸、正常pH高乳酸、低pH无乳酸、低pH高乳酸四组。

判断观察到的功能表型主要由哪一个变量驱动。

第三步,研究乳酸是否真正进入细胞。

检测MCT相关转运、细胞内乳酸,并通过转运体干预验证。

第四步,判断乳酸是否被当作碳源。

结合13C乳酸、线粒体呼吸和ATP等指标,观察乳酸是否进入TCA循环,并判断这种利用是否依赖MCT。

第五步,评价乳酸供能与免疫功能之间的关系。

特别是在低糖、低营养等条件下,观察乳酸是否能够维持细胞存活、增殖或者特定免疫功能。

第六步,进入乳酸化机制。

检测Pan-Kla和候选蛋白乳酸化,建立乳酸摄取与乳酸化之间的上下游关系。

第七步,寻找具体乳酸化靶点。

通过候选蛋白IP、靶向质谱、位点验证等方式找到真正与功能相关的乳酸化蛋白。

第八步,进行挽救实验。

干预MCT、候选乳酸化位点或者关键下游功能,再通过回补实验判断乳酸效应能否恢复。

第九步,回到真实疾病微环境。

例如肿瘤研究中,可以使用高乳酸肿瘤细胞条件培养基、肿瘤细胞—免疫细胞共培养或者动物模型进一步验证。

这一步很重要。

因为人工加入乳酸只是一个控制变量非常清楚的机制实验。

真正的疾病环境中同时存在葡萄糖下降、谷氨酰胺变化、缺氧、酸化以及大量细胞因子。

最后需要证明前面拆出来的乳酸机制在真实环境里仍然成立。

如果按照这条路线推进,最终就能把一个常见的“乳酸处理实验”,逐渐做成:

病理环境乳酸积累→乳酸/酸化效应拆分→乳酸转运→代谢利用或乳酸化→免疫功能改变→关键节点干预→功能挽救→疾病模型验证。

这样的研究重点已经从“乳酸有没有作用”,推进到了“乳酸在什么条件下,以什么身份改变免疫细胞”。

这也是免疫代谢研究真正值得深入的地方。

SECTION 12

12

博恩生物可以为免疫代谢研究提供哪些实验支持

免疫代谢课题最容易出现的问题,是前期看到一个很漂亮的代谢现象,后面却很难证明这个代谢变化到底是不是造成免疫功能改变的原因。

因此,方案设计阶段就需要把代谢表型、免疫功能、机制干预和挽救实验放在同一条逻辑中考虑。

以乳酸研究为例,博恩生物可以根据具体科学问题,协助设计不同乳酸浓度、不同pH、不同营养环境和不同处理时间的细胞实验,帮助区分乳酸本身、酸化环境和乳酸摄取产生的作用。

在细胞模型方面,可以根据研究方向开展T细胞、巨噬细胞及其他免疫相关细胞的培养、刺激和功能评价,并进一步建立肿瘤细胞—免疫细胞条件培养、Transwell或直接共培养体系。

在免疫功能评价方面,可以根据细胞类型检测增殖、凋亡、细胞因子释放、吞噬、迁移、杀伤以及免疫表型变化,并通过流式细胞术、Western blot、qPCR、ELISA、免疫荧光等方法完成验证。

在免疫代谢方面,可以围绕乳酸、葡萄糖、ATP、ROS、线粒体膜电位、线粒体质量以及OCR/ECAR等指标建立代谢表型。

对于需要进一步证明乳酸作为碳源的项目,也可以根据具体方案评估稳定同位素示踪等实验路径。

在乳酸转运机制方面,可以围绕MCT相关分子设计药理抑制、siRNA、shRNA或其他遗传干预,并同步检测细胞内外乳酸和免疫功能变化。

在乳酸化机制方面,可以开展Pan-Kla、候选乳酸化蛋白、IP-WB及相关分子验证;如果已经有明确候选位点,还可以进一步设计突变体、回补和功能挽救实验。

对于准备继续向动物实验推进的项目,还可以结合疾病方向建立肿瘤、炎症、纤维化等相关动物模型,从组织乳酸环境、免疫细胞浸润、免疫功能和候选机制几个层面进行体内验证。

方案设计本身不单独收费,通常与后续实验实施结合。对于已经有初步数据但机制比较散的课题,也可以先从现有结果反推最需要补的实验,优先把“乳酸摄取、酸化、乳酸化”三条路径拆清楚,再决定后续需要做到哪一层。

乳酸研究真正有意思的地方,就在于它很难被简单定义成“好”或者“坏”。

它可以是病理环境中的代谢压力,也可以是另一类细胞可以利用的碳源;可以通过酸化快速压低免疫功能,也可以在进入细胞以后通过更慢的蛋白修饰改变细胞状态。

所以,当实验里再次看到“乳酸升高”时,最值得追问的已经不是乳酸有没有作用。

而是:

细胞有没有把它摄取进去?

摄取以后有没有真正拿它供能?

低pH贡献了多少?

乳酸化又贡献了多少?

只有把这几层逐一拆开,免疫代谢研究才能从一个常见现象,真正走到可以被验证、被干预、被挽救的机制闭环。

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