به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، درک فعلی لاکتات از منشأ آن به عنوان یک محصول جانبی گلیکولیز تا نقش آن در متابولیسم تومور، همانطور که توسط مطالعات روی اثر Warburg مشخص شده است، گسترش می‌یابد. فرضیه شاتل لاکتات نشان می‌دهد که لاکتات نقش مهمی را به عنوان یک مولکول سیگنال‌دهنده پل‌کننده ایفا می‌کند که سیگنال‌ها را بین سلول‌ها، اندام‌ها و بافت‌های مختلف هماهنگ می‌کند. 
هموستاز اسید لاکتیک
تولید و پاکسازی اسید لاکتیک
تولید لاکتات به عنوان سوخت زمانی افزایش می‌یابد که تقاضا برای اکسیژن و ATP از عرضه سلولی بیشتر شود، مانند هنگام ورزش شدید و عفونت. لاکتات یک محصول جانبی کلاسیک متابولیسم گلوکز است و مسیر اصلی تولید لاکتات به گلیکولیز بستگی دارد. هنگامی که هیپوکسی چرخه اسید تری کربوکسیلیک (TCA)  را مهار می‌کند، مسیر گلیکولیز برای جبران کمبود تولید ATP فعال می‌شود. به طور خاص، گلوکز در سیتوپلاسم از طریق یک سری واکنش‌های کاتالیزوری کلاسیک به پیروات تبدیل می‌شود. پیروات برای اکسیداسیون وارد میتوکندری نمی‌شود، اما در فرآیندی وابسته به لاکتات دهیدروژناز (LDH) به طور مستقیم به لاکتات احیا می‌شود. تجمع لاکتات در بدن انسان خطرناک‌تر از تجمع سایر سوخت‌های مولکولی است و افزایش لاکتات سرم می‌تواند منجر به اسیدوز لاکتیک شود. بنابراین، لاکتات باید به سرعت از بافت‌ها و گردش خون خارج شود. حذف لاکتات برگشت ناپذیر توسط پیروات دهیدروژناز (PDH) حاصل می‌شود که تشکیل پیروات را کاتالیز می‌کند که به شکل استیل-CoA وارد چرخه TCA می‌شود. پس از ورود به چرخه TCA، استیل کوآ یک واحد دو کربنه تشکیل می‌دهد زیرا در پستانداران نمی توان آن را به واحد سه کربنی تبدیل کرد. از این رو، تعادل سیستمیک بین گلیکولیز و شار PDH ممکن است یک تعیین کننده کلیدی سطح لاکتات باشد. علاوه بر این، تجمع لاکتات می‌تواند گلوکونئوژنز را در سلول‌های کبد و ماهیچه‌های اسکلتی فعال کند، که از طریق آن لاکتات به گلوکز تبدیل می‌شود و در خون آزاد می‌شود تا مصرف اضافی گلوکز در طول مصرف انرژی را هدایت کند.
نقش اسید لاکتیک در فرآیندهای بیولوژیکی
تنظیم انرژی
موجودات زنده می‌توانند از طریق OXPHOS و گلیکولیز از گلوکز انرژی دریافت کنند، که هر دو زمانی شروع می‌شوند که گلوکز به دو مولکول پیروات تجزیه می‌شود. پیرووات برای شرکت در چرخه TCA در طول OXPHOS وارد میتوکندری می‌شود اما در طی گلیکولیز مستقیماً به لاکتات کاهش می‌یابد. در حضور اکسیژن، تولید هر مولکول گلوکز از طریق OXPHOS در زنجیره انتقال الکترون میتوکندری (ETC)  منجر به آزاد شدن سریع 36 یا 38 مولکول ATP می‌شود، اما در غیاب اکسیژن، انتقال الکترون در میتوکندری نمی تواند اتفاق بیفتد. و بنابراین، گلیکولیز تنها مسیر موجود برای تولید گلوکز می‌شود. مشخص شده است که گلوکز منبع انرژی اولیه در مغز است و لاکتات در گردش منبع مکمل گلوکز است که فعالیت‌های تحریک‌کننده مغز را زمانی که سطح گلوکز خون ناکافی است برآورده می‌کند. هنگامی که حرکت لاکتات در سلول‌های اپاندیمال-گلیال هیپوتالاموس مهار شد، تعادل انرژی در نورون‌های پروپیوملانوکورتین (POMC)  از بین رفت. بنابراین، لاکتات، نه گلوکز، برای حفظ فعالیت نورون POMC مورد نیاز است، که از تعادل انرژی در کل بدن پشتیبانی می‌کند. لاکتات تا حد زیادی یک پروموتور چرخه TCA است. غلظت لاکتات در گردش خون بیشتر از سایر مواد انرژی زا است. در موش‌ها، سطح لاکتات در گردش 1.1 برابر بیشتر از گلوکز بود و در موش‌های روزه‌دار، این تفاوت به 2.5 برابر افزایش یافت. تجزیه و تحلیل کمی نشان داد که لاکتات دارای عملکرد مستقیم در اندام‌ها، به جز مغز، موش‌های روزه‌دار است، در حالی که گلوکز عمدتاً به طور غیرمستقیم به متابولیسم چرخه TCA کمک می‌کند. 
بافر ردوکس
لاکتات به عنوان یک سوبسترای متابولیک مهم، یک مولکول سیگنالینگ ردوکس بین سلولی و بین بافتی است که انرژی را برای متابولیسم اکسیداتیو در بسیاری از بافت‌ها فراهم می‌کند و به حفظ هموستاز ردوکس و یکپارچگی بافت و کل ارگانیسم کمک می‌کند. متابولیسم انرژی مبتنی بر واکنش‌های ردوکس مداوم است. اکسیداسیون منجر به آزاد شدن الکترون‌هایی می‌شود که توسط نیکوتین آمید آدنین دی نوکلئوتیدهای اکسید شده NAD+  یا NADP+  پذیرفته می‌شوند که سپس به NADH یا NADPH کاهش می‌یابند. این کوآنزیم‌های کاهش‌یافته الکترون‌ها را در طول اکسیداسیون مجدد از طریق تنفس میتوکندری یا تخمیر لاکتات آزاد می‌کنند، بنابراین هموستاز ردوکس را در سلول‌ها حفظ می‌کنند. LDH سیتوپلاسمی و کمپلکس I میتوکندریایی ETC محرک‌های اصلی اکسیداسیون NADH به NAD+  هستند. اول، تولید و حذف لاکتات، به عنوان یک واسطه متابولیکی، شار الکترون را از طریق یک فرآیند خاص که در آن NADH به NAD+  و H+  اکسید می‌شود، همراه با کاتالیز لاکتات با واسطه LDH به پیروات حفظ می‌کند. افزایش مصرف لاکتات توسط نورون‌ها باعث افزایش تولید ROS، افزایش متابولیسم انرژی میتوکندری و ایجاد حالت اکسیداتیو در نورون‌ها می‌شود. استرس اکسیداتیو سنتز ATP در میتوکندری را مختل می‌کند و منجر به تولید ROS بالاتر می‌شود. این چرخه معیوب در نهایت منجر به دژنراسیون آکسون در سیستم عصبی محیطی می‌شود. علاوه بر این، انتقال بین سلولی لاکتات برای حفظ حالت اکسیداسیون و کاهش حیاتی است. 
تنظیم کننده متابولیسم اسیدهای چرب
آنابولیسم اسیدهای چرب برای ساختار و عملکرد غشای سلولی، ذخیره انرژی و انتقال سیگنال ضروری است. گزارش شده است که لاکتات در غلظت‌های بالا، از غلظت فیزیولوژیکی 1.5-3 تا 10-40 میلی مولار، در محیط‌های التهابی انباشته می‌شود. تجمع لاکتات برای تقویت سنتز اسیدهای چرب در سلول‌ها شناخته شده است، و لاکتات می‌تواند استخر داخل سلولی استیل کوآ را که برای سنتز اسیدهای چرب ضروری است، دوباره پر کند. اگرچه مکانیسم تنظیم لاکتات بتا اکسیداسیون در حال حاضر نامشخص است، به نظر می‌رسد که با سیگنال دهی لاکتات در طول سازگاری میتوکندری ناشی از ورزش مرتبط باشد. برخی از مطالعات نشان داده‌اند که تولید لاکتات را می‌توان با درمان با سطوح بالای لیپیدها تحریک کرد، اما برای تعیین اینکه آیا حلقه بازخورد لاکتات اثر بازدارندگی اکسیداسیون اسیدهای چرب را افزایش می‌دهد، مطالعات بیشتری لازم است. 
شاتل لاکتات
تئوری شاتل لاکتات عمدتاً جابجایی لاکتات درون سلولی و بین سلولی را توصیف می‌کند و کل فرآیند مهاجرت تراشه لاکتات را خلاصه می‌کند. همانطور که در بالا ذکر شد، حذف کامل لاکتات از طریق اکسیداسیون از طریق تبدیل به پیرووات توسط LDH حاصل می‌شود، اما مکان سلولی این واکنش نامشخص است. شروع اکسیداسیون لاکتات به پیروات به طور کلی یک واکنش سیتوپلاسمی در نظر گرفته می‌شود. بر اساس این نظریه، سطح لاکتات با سرعت بیشتری نسبت به سطح پیرووات در طول ورزش افزایش می‌یابد. علاوه بر این، اکسیداسیون لاکتات به پیروات به نظر نمی رسد در سیتوپلاسم، جایی که لاکتات تولید می‌شود، رخ دهد. 
لاکتات و اتصال آلوستریک
لاکتات به دلیل عدم تقارن اتم کربن معمولاً به صورت سه ایزومر D-Lactate، L-Lactate و DL-lactate راسمیک تولید می‌شود. L-Lactate شکل اصلی در بدن انسان است و LDH-A پیرووات را به لاکتات کاهش می‌دهد. مطالعات نشان داد که تجمع بیش از حد لاکتات در سیتوپلاسم سلول‌های کبدی HepG2، LDH-A را در معرض یک محیط اسیدی قرار می‌دهد که باعث ایجاد تغییر شکل آلوستریک و کاهش فعالیت می‌شود. در مقابل، D-لاکتات یک متابولیت اولیه در باکتری‌های روده است و تنها تقریباً 1-5٪ از محتوای L-لاکتات از متابولیسم پیروات مشتق می‌شود. 
نقش اسید لاکتیک در فرآیندهای پاتوفیزیولوژیکی
پاسخ‌های التهابی
پاسخ التهابی شامل انواع بیماری‌های حاد و مزمن در تقریباً همه اندام‌ها می‌شود. لاکتات انباشته شده علاوه بر مشارکت در آسیب التهابی و متابولیسم انرژی ایمنی، باعث فعال شدن یک سری مسیرهای پیام رسانی سلولی می‌شود که پیشرفت التهاب و تحمل ایمنی تومور را تنظیم می‌کند. قابل ذکر است، این اثرات تنظیمی به توانایی لاکتات در اسیدی کردن محیط سلولی مربوط نمی شود. وقوع التهاب حاد به طور کلی یک مکانیسم دفاعی میزبان در نظر گرفته می‌شود، اما فعال شدن بی بند و بار التهاب حاد منجر به نکروز بافتی و بیماری طولانی مدت می‌شود. مطالعات اخیر تایید کرده‌اند که لاکتات اثر مهاری بر التهاب حاد دارد.
تشکیل حافظه و محافظت عصبی
در حالت استراحت، مغز یک تولید کننده خالص لاکتات در نظر گرفته می‌شود. لاکتات تولید شده توسط سلول‌های مغز از طریق غشاء به شکاف مایع خارج سلولی رها می‌شود و سپس رگ‌های خونی یا سیستم لنفاوی داخل شکاف به داخل خون هدایت می‌شوند و در نتیجه وارد گردش خون سیستمیک می‌شوند. هنگامی که سطح لاکتات خون افزایش می‌یابد، مغز به یک اندام خالص جذب لاکتات تبدیل می‌شود و لاکتات خون توسط MCT روی سد خونی مغزی به مرکز منتقل می‌شود. جذب لاکتات توسط سلول‌های مغز افزایش می‌یابد و مغز می‌تواند تا 11٪ از لاکتات بدن را در حالت ورزش حذف کند.
تحت شرایط مختلف فیزیولوژیکی و پاتوفیزیولوژیکی، لاکتات اثرات متفاوتی را در سطوح مولکولی و اندامی در مغز اعمال می‌کند تا بر رفتارها تأثیر بگذارد، مانند تسهیل یادگیری و حافظه و تنظیم احساسات. شواهد ذکر شده برای جابجایی لاکتات بین آستروسیت‌ها و نورون‌ها نشان می‌دهد که هموستاز لاکتات نقش هماهنگ کننده‌ای در شکل گیری حافظه بلند مدت دارد. اختلال در بیان ژن ناقل لاکتات MCT1 در سلول‌های اندوتلیال مغز، انتقال لاکتات را حذف کرد و نوروژنز هیپوکامپ و عملکرد شناختی را مختل کرد. تزریق لاکتات از تخریب حافظه ناشی از آسیب به هیپوکامپ جلوگیری کرد، اما تزریق گلوکز با همان غلظت اثر یکسانی نداشت. 
التیام زخم
بهبود زخم یک فرآیند بیولوژیکی پویا و پیچیده است. به طور کلی، ترمیم زخم را می‌توان به چهار مرحله همپوشانی، یعنی هموستاز، التهاب، تکثیر و بازسازی تقسیم کرد که توسط سیتوکین‌ها و فاکتورهای رشد مختلف تنظیم می‌شود. نکته مهم این است که لاکتات در طول بهبود زخم به صورت توده‌ای متابولیزه می‌شود و به دلیل سطوح بالای سیتوکین‌های ترشح شده و فاکتورهای رشد و نئوواسکولاریزاسیون که پس از فعال شدن سیستم ایمنی رخ می‌دهد، نقش ضروری ایفا می‌کند. بنابراین، لاکتات، یک سوبسترای انرژی، می‌تواند نیازهای متابولیکی بالای بهبود زخم را برآورده کند. علاوه بر این، لاکتات انباشته شده pH محیط قلیایی ناشی از کاهش سطح دی اکسید کربن و کشش بالای اکسیژن را کاهش می‌دهد و سلول‌ها را قادر می‌سازد در محدوده pH فیزیولوژیکی بهینه شده تکثیر و تمایز پیدا کنند. 
آسیب ایسکمیک
ایسکمی بافتی، اکسیژن و گلوکز را مختل می‌کند و در نتیجه اختلالات متابولیکی ایجاد می‌کند. هیپوکسی مستقیماً به تجمع لاکتات منجر می‌شود، که pH را کاهش می‌دهد تا انتقال‌دهنده‌های یون را فعال کند، در درجه اول پروتئین‌های تبادل Na+/H+ (NHE) که با مبادله پروتون‌ها با یون‌های سدیم خارج سلولی، pH داخل سلولی را تنظیم می‌کنند. در ایسکمی حاد بافتی، NHE1 سطوح Na+ داخل سلولی را افزایش می‌دهد که منجر به افزایش تبادل Ca2+–Na+ و اضافه بار کلسیم داخل سلولی می‌شود. در طول آسیب ایسکمی/ریپرفیوژن مجدد، لاکتات باعث آزاد شدن TNF-α، IL-6 و IL-1 در میوکارد و مغز شد و آسیب عصبی را در سکته حاد تشدید کرد. مهار مسیر سیگنالینگ GPR فعال شده با لاکتات، نقش محافظتی در آسیب ایسکمیک مغز ایفا می‌کند. علاوه بر این، شواهد نشان می‌دهد که درمان لاکتات آسیب مغزی را کاهش می‌دهد و رفتار را در مدل‌های موش ایسکمی هیپوکسیک (HI) بهبود می‌بخشد، که نشان می‌دهد لاکتات ممکن است نقش محافظت کننده عصبی در انسفالوپاتی هیپوکسیک ایسکمیک داشته باشد. 
پایان مطلب/.