乳酸何去何從
——運(yùn)動(dòng)抗腫瘤的作用及其特異性研究

漆正堂

（1.華東師范大學(xué)“青少年健康評價(jià)與運(yùn)動(dòng)干預(yù)”教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200241；2.華東師范大學(xué) 體育與健康學(xué)院，上海 200241）

隊(duì)列研究多次揭示運(yùn)動(dòng)與多種癌癥的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)負(fù)相關(guān)，但是運(yùn)動(dòng)抗腫瘤的實(shí)效難以預(yù)測、機(jī)制仍不清楚，導(dǎo)致臨床策略難以把握（Kerr et al.，2017）。腫瘤異質(zhì)性使得同一腫瘤中可以存在很多不同基因型或亞型細(xì)胞，同一種腫瘤在不同個(gè)體上表現(xiàn)出不一樣的治療效果及預(yù)后（涂超峰等，2015）。運(yùn)動(dòng)對多個(gè)器官系統(tǒng)的整合生理作用以及不同個(gè)體對運(yùn)動(dòng)反應(yīng)的差異性普遍存在（Gabriel et al.，2017；Hawley et al.，2014）。因此，運(yùn)動(dòng)抗腫瘤的特異性、個(gè)性化是精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的方向，即什么運(yùn)動(dòng)在怎樣的環(huán)境下對哪些個(gè)體的何種腫瘤才是最有效的？

癌癥的個(gè)性化醫(yī)療需要定量把握腫瘤的代謝規(guī)律。運(yùn)動(dòng)增加肌乳酸產(chǎn)生并向血液釋放，用血乳酸作為體液標(biāo)志物，可反映個(gè)體能量代謝狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和恢復(fù)水平。因此，血乳酸在競技運(yùn)動(dòng)的訓(xùn)練監(jiān)控中得到了成功應(yīng)用。乳酸也是腫瘤的標(biāo)志代謝物，以及細(xì)胞增殖與免疫應(yīng)答的信號分子。不易理解的是，運(yùn)動(dòng)能通過激活NK細(xì)胞，識別并殺傷癌細(xì)胞，產(chǎn)生抗腫瘤作用（Pedersen et al.，2016），但運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物乳酸能為腫瘤提供免疫保護(hù)和能源底物（Brand et al.，2016；Hui et al.，2017），還能刺激腫瘤血管形成（San-Millan et al.，2017）。有研究表明，持續(xù)低強(qiáng)度耐力運(yùn)動(dòng)減少二乙基亞硝胺誘導(dǎo)的肝腫瘤發(fā)生，但大強(qiáng)度間歇運(yùn)動(dòng)無顯著作用（Zhang et al.，2020）。運(yùn)動(dòng)與腫瘤，其作用和特異性往往同時(shí)存在。所謂特異性是指運(yùn)動(dòng)有抗腫瘤作用，但不是任何條件下都發(fā)揮作用。這種不確定性可能來自乳酸代謝有關(guān)的理論沖突尚未解決。

1 運(yùn)動(dòng)乳酸生成對腫瘤微環(huán)境的利弊

運(yùn)動(dòng)尤其是大強(qiáng)度急性運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致骨骼肌乳酸生成增多，乳酸進(jìn)入血液循環(huán)在肌外組織進(jìn)一步氧化供能或在肝臟進(jìn)入糖異生途徑。腫瘤細(xì)胞的能量來源從有氧氧化轉(zhuǎn)變?yōu)橛醒跆墙徒?，產(chǎn)生大量的乳酸輸出胞外，導(dǎo)致酸性微環(huán)境。乳酸不斷累積，刺激腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生新的血管，形成惡性循環(huán)（de la Cruz-Lopez et al.，2019）。注射碳酸氫鈉中和乳酸，能增強(qiáng)腫瘤介入療法的效果（Chao et al.，2016），證實(shí)了乳酸形成的酸性微環(huán)境對腫瘤治療不利。減輕乳酸酸中毒是腫瘤治療的基本策略（Held-Warmkessel et al.，2014）。二氯乙酸（dichloroacetic acid，DCA）是緩解乳酸酸中毒的常用藥。DCA與二甲雙胍（metformin）的聯(lián)合使用既能增加細(xì)胞凋亡，也能減少二甲雙胍引起的乳酸生成增加狀況。這種聯(lián)合對乳腺癌治療更加有利（Haugrud et al.，2014）。難以判斷的是，運(yùn)動(dòng)生成的肌乳酸及循環(huán)擴(kuò)散是否加劇腫瘤的酸性微環(huán)境？此外，長期運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)機(jī)體對乳酸的廓清能力，是否有利于改善腫瘤微環(huán)境？

單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（monocarboxylate transporter，MCT）負(fù)責(zé)乳酸在細(xì)胞間的轉(zhuǎn)運(yùn)。MCT有10多種，MCT1在乳腺癌、肺癌中表達(dá)增高，MCT1高表達(dá)促進(jìn)丙酮酸輸出和腫瘤生長（Hong et al.，2016）。在MCT1的驅(qū)動(dòng)下，前列腺癌中乳酸水平隨腫瘤分級的升高而升高（Granlund et al.，2020）。內(nèi)皮細(xì)胞MCT1促進(jìn)乳酸攝入，激活NF-kB/IL-8信號通路，誘導(dǎo)腫瘤血管再生（Vegran et al.，2011）。MCT1是p53抑制的靶基因，p53突變的腫瘤組織MCT1的表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)乳酸細(xì)胞間穿梭，使腫瘤組織發(fā)生代謝適應(yīng)更便于利用葡萄糖（Boidot et al.，2012）。腫瘤細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞之間存在乳酸穿梭，類似于運(yùn)動(dòng)時(shí)肌肉與腦之間的乳酸穿梭。但腫瘤細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞間的能量轉(zhuǎn)移和代謝偶聯(lián)，極大促進(jìn)了腫瘤生長和轉(zhuǎn)移（Whitaker-Menezes et al.，2011）。低氧和常氧條件下敲減 MCT1、MCT4，乳酸轉(zhuǎn)運(yùn)減少，腫瘤細(xì)胞增殖轉(zhuǎn)移、侵入減少，在體內(nèi)腫瘤形成和生長被抑制（Morais-Santos et al.，2015）。MCT1、MCT4在許多實(shí)體瘤中高表達(dá)，為腫瘤營造適宜的微環(huán)境，選擇性地抑制這些蛋白被視為腫瘤的饑餓治療策略。

腫瘤細(xì)胞適應(yīng)低氧、低糖、高乳酸環(huán)境。乳酸是導(dǎo)致腫瘤微環(huán)境免疫抑制的關(guān)鍵因子。GPR132是巨噬細(xì)胞的乳酸受體，乳酸通過誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向M2表型轉(zhuǎn)換，促進(jìn)乳腺癌轉(zhuǎn)移（Ippolito et al.，2019）。PD-L1是一種跨膜蛋白，在干擾素及其他炎癥因子刺激應(yīng)答的腫瘤組織中迅速上調(diào)。大多數(shù)腫瘤細(xì)胞通過PD-L1實(shí)現(xiàn)免疫逃逸，因此PD-L1是癌癥免疫治療的重要分子。GPR81是肌肉和脂肪的一種乳酸受體，也存在于結(jié)腸癌、乳腺癌、肺癌、肝細(xì)胞癌、唾液腺癌、宮頸癌和胰腺癌細(xì)胞系中。乳酸環(huán)境對于PD-L1的調(diào)節(jié)主要是通過GPR81進(jìn)行。GPR81激活降低細(xì)胞內(nèi)cAMP濃度，從而調(diào)低轉(zhuǎn)錄激活因子TAZ磷酸化，促進(jìn)TAZ進(jìn)入細(xì)胞核與TEAD1結(jié)合，形成TAZTEAD1復(fù)合體，上調(diào) PD-L1的表達(dá)（Feng et al.，2017）。shRNA介導(dǎo)GPR81沉默對高糖培養(yǎng)的胰腺癌細(xì)胞幾乎沒有影響，但導(dǎo)致低乳酸條件下的癌細(xì)胞迅速死亡。培養(yǎng)基中添加乳酸誘導(dǎo)了MCT的表達(dá)，但在GPR81沉默的細(xì)胞中沒有。在體內(nèi)GPR81沉默的癌細(xì)胞生長和轉(zhuǎn)移明顯減少（Roland et al.，2014）。表明乳酸-GPR81的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)對癌細(xì)胞乳酸轉(zhuǎn)運(yùn)、免疫逃逸和適應(yīng)乳酸環(huán)境至關(guān)重要。

運(yùn)動(dòng)使腫瘤組織乳酸濃度降低，腫瘤LDH同工酶LDHA表達(dá)下降，LDHB表達(dá)增加，乳酸生成被抑制并且MCT1表達(dá)下降（Aveseh et al.，2015），表明運(yùn)動(dòng)抗腫瘤與乳酸生成和轉(zhuǎn)運(yùn)被抑制有關(guān)。但在海馬組織中運(yùn)動(dòng)能提高M(jìn)CT1、MCT4蛋白水平以及腦室內(nèi)乳酸水平（Portela et al.，2016）。在骨骼肌中急性運(yùn)動(dòng)對MCT蛋白表達(dá)的調(diào)節(jié)較復(fù)雜，mRNA和蛋白表達(dá)不一致。骨骼肌MCT在運(yùn)動(dòng)中參與乳酸轉(zhuǎn)移，但MCT并非唯一的決定因素；骨骼肌作為運(yùn)動(dòng)的乳酸生成器官，MCT表達(dá)取決于乳酸產(chǎn)量以及受試者的乳酸耐受性（Thomas et al.，2012）。由于乳酸生成和清除能力的個(gè)體差異，運(yùn)動(dòng)抗腫瘤的實(shí)效與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、時(shí)間和個(gè)體乳酸耐受力的關(guān)系應(yīng)深入思考。

2 運(yùn)動(dòng)激活乳酸脫氫酶對癌細(xì)胞生長的利弊

乳酸脫氫酶（actate dehydrogenase，LDH）催化丙酮酸與乳酸之間的反應(yīng)，堿性條件下促進(jìn)乳酸向丙酮酸轉(zhuǎn)化，而中性條件下促進(jìn)丙酮酸向乳酸的轉(zhuǎn)化。LDH存在于所有組織細(xì)胞，哺乳動(dòng)物有3種類型LDH亞基（35kDa），包括LDHA（肌肉型）、LDHB（心肌型）、LDHC（睪丸型），亞基形成四聚體的同工酶（140 kDa）。LDHA在肌組織中表達(dá)，但在乳腺癌中也過量表達(dá)（Wang et al.，2012）。乳酸脫氫酶是腫瘤微環(huán)境中腫瘤與基質(zhì)代謝唯一的聯(lián)絡(luò)點(diǎn)（Mishra et al.，2019）。

抑制LDH已成為腫瘤治療的策略。LDHA敲除可以破壞尤文氏肉瘤的生長（Yeung et al.，2019）。肺癌小鼠模型證實(shí)，LDHA失活讓腫瘤萎縮、消亡，抑制LDHA甚至能讓腫瘤干細(xì)胞的存活和增殖明顯受限，丙酮酸代謝去路發(fā)生顯著變化，乳酸產(chǎn)生減少，線粒體呼吸被重新激活（Xie et al.，2014）。KCNJ11是原發(fā)性肝癌特異表達(dá)的蛋白標(biāo)記，NF-kB通過LDHA介導(dǎo)KCNJ11表達(dá)進(jìn)而促進(jìn)肝癌的發(fā)展（Zhang et al.，2018）。LDH亞型在MCF-7、MDAMB-231兩種乳腺癌細(xì)胞系表達(dá)不同，這種差異誘導(dǎo)2種腫瘤細(xì)胞不同的乳酸代謝途徑和氧化能力。腫瘤細(xì)胞的LDHA、LDHB表達(dá)均高于正常細(xì)胞。除了細(xì)胞質(zhì)，LDHA、LDHB均存在于線粒體（Hussien et al.，2011）。沉默MCF-7、MDA-MB-231細(xì)胞的LDHA，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞增殖受阻，氧化應(yīng)激增加，線粒體介導(dǎo)細(xì)胞凋亡增加；皮下移植的腫瘤生長抑制（Wang et al.，2012）。抑制LDHA還會(huì)刺激線粒體呼吸、降低線粒體膜電位，從而損害腫瘤細(xì)胞在低氧中的增殖能力（Fantin et al.，2006）。正常前列腺細(xì)胞和癌細(xì)胞（PC3）都能產(chǎn)生高水平乳酸，線粒體均包含LDH（mLDH）。癌細(xì)胞mLDH蛋白水平與酶活力顯著高于正常細(xì)胞，癌細(xì)胞mLDH的酶動(dòng)力學(xué)與PH環(huán)境也不同于正常前列腺細(xì)胞（De Bari et al.，2010）。有研究提出，乳酸是腫瘤免疫逃逸的幫兇。癌細(xì)胞LDHA優(yōu)先表達(dá)使乳酸分泌增加，抑制浸潤性T細(xì)胞和NK細(xì)胞分泌IFN-γ等抗腫瘤細(xì)胞因子，使腫瘤可以逃脫免疫系統(tǒng)的監(jiān)督從而瘋狂生長（Brand et al.，2016）。因此，LDH高表達(dá)、高活性是腫瘤生長的重要條件。

然而，多數(shù)運(yùn)動(dòng)可以激活血清和骨骼肌LDH活性（李志英，1987；Leger et al.，1982），長期運(yùn)動(dòng)適應(yīng)能提高骨骼肌LDH的活性（Ji et al.，1986；York et al.，1974）。早期的研究促成了乳酸的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練理論，乳酸的周轉(zhuǎn)能力預(yù)示運(yùn)動(dòng)能力。運(yùn)動(dòng)激活骨骼肌LDH不僅有利于乳酸生成，也有利于乳酸清除，這對骨骼肌快速合成ATP和疲勞恢復(fù)都有積極意義。因此，很多訓(xùn)練方法的本質(zhì)就是訓(xùn)練乳酸耐受力（乳酸耐受力訓(xùn)練）和轉(zhuǎn)換能力（乳酸閾訓(xùn)練）。盡管骨骼肌不是腫瘤的病灶，但骨骼肌LDH活性關(guān)系乳酸的產(chǎn)生和清除，通過微環(huán)境影響腫瘤生長。在大鼠骨髓注射Walker256腫瘤細(xì)胞誘導(dǎo)癌癥惡病質(zhì)，力量練習(xí)增加了骨骼肌LDH蛋白含量，但沒有減輕肌肉功能喪失和抑制腫瘤生長（Das et al.，2016）。如果運(yùn)動(dòng)激活LDH可能是幫助腫瘤生長的，運(yùn)動(dòng)抗腫瘤的理論支持面臨崩塌。

3 線粒體乳酸代謝是碳源循環(huán)利用還是加速腫瘤增長

由于LDH存在于線粒體，哺乳動(dòng)物肝臟和橫紋肌的線粒體能氧化外源性乳酸生成丙酮酸（Brooks et al.，1999）。有研究認(rèn)為，LDH在骨骼肌中并非線粒體酶，不能催化乳酸生成丙酮酸（Rasmussen et al.，2002）。但線粒體外的LDH在肌纖維內(nèi)與線粒體是共定位或作為整體共存的。LDH很可能位于肌纖維線粒體外膜，而非線粒體基質(zhì)（Elustondo et al.，2013）。LDH在線粒體中的存在和定位與組織的乳酸代謝能力有關(guān)。心肌、肝臟作為乳酸的清除器官，線粒體LDH含量豐富，有助于催化乳酸生成丙酮酸，把剩余碳源送回代謝循環(huán)。

乳酸能進(jìn)入HeLa、H460腫瘤細(xì)胞的線粒體，并利用乳酸的碳源合成大量脂質(zhì)。透射電鏡顯示LDHB位于線粒體（Chen et al.，2016）。在 MIA PaCa-2胰腺癌細(xì)胞，LDHA抑制劑GNE-140能迅速改變細(xì)胞代謝，2天后腫瘤細(xì)胞死亡。但腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)向利用氧化磷酸化供能對GNE-140產(chǎn)生抗性。氧化磷酸化抑制劑phenformin的聯(lián)合使用使癌細(xì)胞對GNE-140重獲敏感（Boudreau et al.，2016）。表明即使靶向LDH的治療能切斷糖酵解遏制腫瘤生長，但是乳酸進(jìn)入線粒體能重啟線粒體呼吸，繼續(xù)維持腫瘤的能量自給。原發(fā)性肝癌研究顯示，乳酸進(jìn)入線粒體導(dǎo)致線粒體的核糖體功能損傷和氧化磷酸化缺陷。乳酸輸入抑制線粒體核糖體蛋白L13的表達(dá)以及氧耗，誘導(dǎo)癌細(xì)胞侵潤（Lee et al.，2017）。反之，沉默己糖激酶2（hexokinase 2，HK2）切斷葡萄糖從丙酮酸向乳酸轉(zhuǎn)化，使氧化磷酸化增強(qiáng)，使癌細(xì)胞對metformin敏感性增加導(dǎo)致細(xì)胞凋亡和腫瘤抑制（DeWaal et al.，2018）。癌細(xì)胞能把正常細(xì)胞排出的乳酸導(dǎo)入線粒體，線粒體乳酸脫氫酶使乳酸發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生NADH和細(xì)胞生長的原材料（Chen et al.，2016）。循環(huán)中的乳酸也是大多數(shù)組織和腫瘤中三羧酸循環(huán)的底物（Hui et al.，2017）。通過抑制線粒體丙酮酸轉(zhuǎn)運(yùn)而阻斷乳酸攝取，可發(fā)揮直接的抗腫瘤和放射增敏作用（Corbet et al.，2018）。運(yùn)動(dòng)時(shí)骨骼肌排出的乳酸可能成為癌細(xì)胞的能源和碳源。

乳酸是參與腫瘤所有進(jìn)程必要且唯一的代謝分子。對于腫瘤乳酸的形成不僅是產(chǎn)生ATP的代謝過程，也是致癌的免疫調(diào)節(jié)過程，限制乳酸生成、轉(zhuǎn)運(yùn)及其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是抗腫瘤的重要策略（San-Millan et al.，2017）。這與乳酸的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練理論恰好相反。乳酸循環(huán)和乳酸穿梭對運(yùn)動(dòng)的意義極其重要。骨骼肌與肌外組織保持高效的乳酸穿梭，減輕肌乳酸堆積，是保持骨骼肌工作能力的前提。LDHB在骨骼肌超表達(dá)的轉(zhuǎn)基因小鼠（MCK-Ldhb）線粒體酶活性增強(qiáng)、線粒體呼吸加強(qiáng)，乳酸生成減少（Liang et al.，2016）。LDHB有助于催化乳酸向丙酮酸轉(zhuǎn)化，經(jīng)線粒體清除乳酸。這對肌肉而言是碳源回收利用，但為腫瘤生長開通新能源，使腫瘤細(xì)胞逃脫免疫增強(qiáng)了侵襲能力。

4 乳酸誘導(dǎo)脂肪褐化是改善代謝還是加劇惡病質(zhì)

在腫瘤惡病質(zhì)（cancer-associated cachexia）的過程中，白色脂肪獲得某種分子水平變化而成為褐色脂肪，稱之為褐化或棕色脂肪樣變性（browning）。解偶聯(lián)蛋白I（uncoupling protein 1，UCP1）表達(dá)并促進(jìn)產(chǎn)熱和供能失效。UCP1表達(dá)使脂肪組織線粒體呼吸只產(chǎn)熱不合成ATP，幾乎所有惡性腫瘤都有將白色脂肪持續(xù)轉(zhuǎn)化為褐色脂肪的效應(yīng)，這種變化將引起不可逆的腫瘤惡病質(zhì)（Petruzzelli et al.，2014）。因此，抑制脂肪褐化對腫瘤惡病質(zhì)具有臨床價(jià)值。恰好相反，運(yùn)動(dòng)對于許多代謝性疾病的臨床價(jià)值體現(xiàn)于脂肪褐化以消耗過剩的能量。運(yùn)動(dòng)敏感基因如PGC-1α、Irisin等都發(fā)揮促進(jìn)白色脂肪褐化的重要作用（Sepa-Kishi et al.，2016）。乳酸在體內(nèi)、體外能誘導(dǎo)脂肪褐化。乳酸通過PPARγ信號誘導(dǎo)UCP1表達(dá)，并不依賴HIF-1α、PPARα。乳酸對脂肪組織UCP1的表達(dá)調(diào)控由細(xì)胞內(nèi)氧化還原應(yīng)激介導(dǎo)，丙酮酸向乳酸轉(zhuǎn)化增加，選擇性上調(diào)棕色脂肪MCT1的表達(dá)（Carriere et al.，2014；Li et al.，2017）。研究揭示了乳酸誘導(dǎo)脂肪褐化的機(jī)制之一，乳酸形成消耗了大量NADH，細(xì)胞氧化應(yīng)激增加；乳酸通過MCT1進(jìn)入脂肪細(xì)胞向丙酮酸轉(zhuǎn)化，釋放NADH，減輕氧化應(yīng)激，并誘導(dǎo)脂肪組織UCP1表達(dá)，導(dǎo)致脂肪褐化和線粒體增多（Carriere et al.，2020）。因此，運(yùn)動(dòng)乳酸生成對腫瘤惡病質(zhì)的作用難以判斷。

5 問題的癥結(jié)：區(qū)隔化的乳酸閾

盡管運(yùn)動(dòng)乳酸生成是一過性的，與癌細(xì)胞乳酸代謝的意義或不一樣，但不可否認(rèn)的是，乳酸作為運(yùn)動(dòng)與腫瘤的代謝標(biāo)志物，既是介導(dǎo)運(yùn)動(dòng)獲得健康效益的“好”分子，也是導(dǎo)致腫瘤惡化的“壞”分子。對此需要一個(gè)新的闡述邏輯，否則難以把握運(yùn)動(dòng)抗腫瘤的特異性、個(gè)性化。乳酸的作用在某一閾值存在拐點(diǎn)，可能導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)抗腫瘤作用從積極走向反面。經(jīng)典運(yùn)動(dòng)生理學(xué)將肌纖維分為快肌纖維（白肌）、慢肌纖維（紅?。?，重要區(qū)分標(biāo)志是乳酸的生成和清除能力。不同的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度對肌纖維的募集比例存在很大差異，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度越大對快肌募集越多，肌乳酸生成越多。不同的運(yùn)動(dòng)間歇乳酸清除也存在很大差異，間歇越短，肌乳酸積累越多。運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中的乳酸閾訓(xùn)練、乳酸耐受力訓(xùn)練、最大乳酸訓(xùn)練、低氧訓(xùn)練、高原訓(xùn)練、高住低訓(xùn)、低住高訓(xùn)等手段，都是運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、間歇和氧環(huán)境的精細(xì)組合，使骨骼肌與各器官達(dá)到運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目要求的最佳適應(yīng)狀態(tài)。如果運(yùn)動(dòng)生成乳酸的骨骼肌不是腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移的器官，那么運(yùn)動(dòng)是如何作用于腫瘤的呢？生物膜系統(tǒng)的區(qū)隔導(dǎo)致乳酸在組織細(xì)胞間的分布是不均勻的，細(xì)胞之間的乳酸穿梭在骨骼肌內(nèi)部以及工作肌與心臟、大腦、肝臟和腎臟之間頻繁進(jìn)行。細(xì)胞內(nèi)的乳酸穿梭在細(xì)胞漿、線粒體、過氧化物酶體之間進(jìn)行。乳酸與丙酮酸的轉(zhuǎn)化影響細(xì)胞氧化還原狀態(tài)，乳酸本身是一個(gè)活性氧發(fā)生器（Brooks，2009）。因此，骨骼肌、血液、肝臟與癌細(xì)胞之間的乳酸穿梭可能是腫瘤命運(yùn)的決定機(jī)制之一（圖1）。

5.1 肌乳酸清除閾

快肌纖維對乳酸的氧化能力有限。當(dāng)乳酸積累到一定程度，須通過MCT向細(xì)胞外轉(zhuǎn)移；可以就近到慢肌經(jīng)線粒體氧化，也可以向循環(huán)釋放。研究表明，MCT1表達(dá)與骨骼肌的氧化能力和從循環(huán)中吸收乳酸的能力高度相關(guān)；運(yùn)動(dòng)引起的MCT1增加與肌肉中乳酸的流出增加也有關(guān)（Evertsen et al.，2001），說明MCT1介導(dǎo)的乳酸轉(zhuǎn)運(yùn)是雙向通行的（Billat et al.，2003）。MCT4在IIa、IIb型肌肉中含量豐富，而在I型肌肉含量明顯較低（Bonen，2000），表明MCT4負(fù)責(zé)II型肌纖維的乳酸逸出。MCT對乳酸的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)類似易化擴(kuò)散，與質(zhì)子交換協(xié)同進(jìn)行（Juel，2001）。正常心、肝、腎由于乳酸濃度低，能從乳酸較高的循環(huán)中攝取乳酸。慢肌線粒體豐富，乳酸清除力強(qiáng)，也可以從乳酸較高的快肌纖維中攝取乳酸（Brooks，2009）。細(xì)胞之間區(qū)隔化以及MCT表達(dá)的個(gè)體特異性（Juel，2001），導(dǎo)致不同個(gè)體不同組織器官乳酸耐受力不一致。由于有些肌肉的快、慢肌纖維嵌合分布，當(dāng)快肌乳酸生成不太多時(shí)，肌肉能自我清除一定的乳酸（即肌乳酸清除閾）。超出部分經(jīng)循環(huán)進(jìn)行肝臟糖異生或其他組織氧化清除。無論肝糖異生或其他組織氧化利用，都可能給腫瘤生長提供了機(jī)遇。

假定運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度主要募集慢肌，或白肌纖維產(chǎn)生的乳酸優(yōu)先向慢肌轉(zhuǎn)運(yùn)并氧化清除，形成乳酸肌內(nèi)循環(huán)，血乳酸不會(huì)有太大增加。當(dāng)肌纖維產(chǎn)生乳酸超過慢肌的處理能力時(shí)，過剩肌乳酸向循環(huán)釋放，才導(dǎo)致血乳酸快速增加和微環(huán)境酸化，形成乳酸肌外循環(huán)（圖2A，實(shí)線），到達(dá)心肌、肝和腎臟作為糖異生的底物。這種優(yōu)先性假設(shè)與實(shí)驗(yàn)相符。不同速度運(yùn)動(dòng)后肌乳酸和血乳酸表現(xiàn)為相似的變化趨勢，但肌乳酸閾的出現(xiàn)先于血乳酸閾的出現(xiàn)（馮連世等，1994a），血乳酸增加滯后表明肌乳酸向外轉(zhuǎn)運(yùn)在肌乳酸閾濃度之后。不同速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，肌肉NADH/NAD和乙酰CoA/CoA比值的變化與肌乳酸變化趨勢相似。在乳酸閾速度附近，肌肉NADH/NAD和乙酰CoA/CoA比值均有一個(gè)迅速升高的“閾值”（馮連世等，1994b），表明運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度跨越肌乳酸閾時(shí)伴隨肌纖維代謝的轉(zhuǎn)變。當(dāng)癌細(xì)胞存在時(shí)，腫瘤將從乳酸肌外循環(huán)中獲益（圖1）。有氧糖酵解可能從循環(huán)中爭奪更多的糖異生產(chǎn)物（葡萄糖），甚至直接攝取循環(huán)乳酸作為原料（Hui et al.，2017）。由此推斷，抗腫瘤的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、間歇等應(yīng)該以乳酸肌內(nèi)循環(huán)為主。經(jīng)典的肌乳酸閾反映肌乳酸生成與運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度形成的拐點(diǎn)，肌乳酸清除閾反映肌肉乳酸廓清能力有上限，包括MCT介導(dǎo)的肌內(nèi)乳酸穿梭與線粒體氧化（Brooks et al.，1999）。線粒體乳酸氧化復(fù)合物由MCT1、CD147、mLDH和細(xì)胞色素氧化酶（cytochrome c oxidase，COX）組成，支持肌內(nèi)乳酸穿梭（Hashimoto et al.，2008）。當(dāng)運(yùn)動(dòng)肌乳酸超出清除閾，對腫瘤的作用可能走向反面（圖2A，虛線）。

5.2 肝乳酸轉(zhuǎn)化閾

肝臟是乳酸肌外循環(huán)的去向之一。乳酸進(jìn)入肝臟經(jīng)LDH氧化為丙酮酸，將面臨：1）經(jīng)丙酮酸脫氫酶轉(zhuǎn)化為乙酰COA，進(jìn)入TCA循環(huán)、脂肪合成途徑；2）經(jīng)轉(zhuǎn)氨酶轉(zhuǎn)化為丙氨酸，可進(jìn)入蛋白質(zhì)代謝；3）經(jīng)糖異生生成葡萄糖，維持血糖穩(wěn)態(tài)。丙氨酸和葡萄糖可回到血液循環(huán)。當(dāng)癌細(xì)胞存在時(shí)，若肝臟乳酸循環(huán)速率越高，給腫瘤提供的葡萄糖就越多，有氧糖酵解加劇，導(dǎo)致能源無限消耗和惡病質(zhì)，這與實(shí)驗(yàn)和臨床數(shù)據(jù)相符。癌癥惡病質(zhì)患者肝乳酸循 環(huán) 往往 過 度 激 活（Schein et al.，1979；Shyh-Chang，2017）。骨骼肌收縮會(huì)發(fā)生脫氨基反應(yīng)，丙氨酸和葡萄糖反復(fù)地在肌肉和肝之間進(jìn)行氨的轉(zhuǎn)運(yùn)。葡萄糖-丙氨酸循環(huán)速率越高，給腫瘤提供丙氨酸也越多，丙氨酸可作為腫瘤生長和代謝所需的替代碳源（Sousa et al.，2016）或與葡萄糖與丙氨酸的碳源都來自骨骼肌運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的乳酸或丙酮酸相關(guān)。肝臟對乳酸轉(zhuǎn)化速率越高，糖異生越多，對運(yùn)動(dòng)中能量供應(yīng)越有利；但同時(shí)對腫瘤也越有利，骨骼肌碳損耗也越多。因此，肝臟乳酸循環(huán)可能存在一個(gè)閾值，即保證血糖平穩(wěn)但也不能刺激無效循環(huán)（圖2C）?？鼓[瘤運(yùn)動(dòng)應(yīng)該以低乳酸輸出為主，減輕肝臟乳酸負(fù)荷、對肝臟乳酸循環(huán)的過度激活。

5.3 癌細(xì)胞乳酸閾

如果癌細(xì)胞生成的乳酸能自我清除，危害程度將大幅降低。然而癌細(xì)胞會(huì)排出乳酸導(dǎo)致微環(huán)境酸化、血管增生、免疫逃逸等嚴(yán)重危害。循環(huán)乳酸還可以進(jìn)入癌細(xì)胞構(gòu)成腫瘤生長的原材料（Hui et al.，2017）。因此，抗腫瘤運(yùn)動(dòng)首先應(yīng)該以骨骼肌低乳酸輸出為主，減少向癌細(xì)胞輸送“糧草”。運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度越大，癌細(xì)胞從循環(huán)攝取乳酸可能越多（圖2D，實(shí)線）。那么，運(yùn)動(dòng)能否減少癌細(xì)胞的乳酸釋放？優(yōu)秀耐力運(yùn)動(dòng)員乳酸閾提高的原因是骨骼肌乳酸清除力強(qiáng)，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)時(shí)乳酸釋放減少，延遲了血乳酸拐點(diǎn)的出現(xiàn)。癌細(xì)胞或面臨骨骼肌同樣的問題，細(xì)胞內(nèi)乳酸超過閾值就向外逸出，產(chǎn)生不利的后續(xù)影響（圖2D，虛線）；另一方面，乳酸堆積促進(jìn)癌細(xì)胞線粒體的生物發(fā)生，支持癌細(xì)胞增殖或存活（Romero-Garcia et al.，2019）。運(yùn)動(dòng)促進(jìn)線粒體生物發(fā)生主要在骨骼肌，但不局限于骨骼肌。運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)系統(tǒng)性的線粒體生物發(fā)生（Little et al.，2011）。如果癌細(xì)胞乳酸攝取＞釋放，促進(jìn)癌細(xì)胞線粒體生物發(fā)生，后果可能十分不利。線粒體的增殖信號與癌細(xì)胞增殖有協(xié)同的可能性。PGC-1α/ERR轉(zhuǎn)錄軸在癌細(xì)胞的代謝重編程中同時(shí)具有促增殖和抗增殖特性（Deblois et al.，2013）。PGC-1α通過平衡線粒體能量生產(chǎn)和細(xì)胞增殖的需求，參與腫瘤發(fā)生的每一步（Luo et al.，2016）。因此，抗腫瘤運(yùn)動(dòng)一要有助于乳酸自我清除，二要能抑制癌細(xì)胞的線粒體生物發(fā)生。運(yùn)動(dòng)有助于乳酸清除與臨床數(shù)據(jù)基本符合，乳腺癌患者對各種運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的血乳酸反應(yīng)降低（Tosti et al.，2011），表明運(yùn)動(dòng)刺激乳酸自我清除，導(dǎo)致向循環(huán)釋放減少。讓運(yùn)動(dòng)抑制線粒體生物發(fā)生與目前認(rèn)知相反。運(yùn)動(dòng)通常刺激線粒體生物發(fā)生，但乳酸對癌細(xì)胞線粒體生物發(fā)生的刺激作用能維持癌細(xì)胞存活或增殖（Romero-Garcia et al.，2019）或促進(jìn)轉(zhuǎn)移（LeBleu et al.，2014），因此運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的乳酸若經(jīng)循環(huán)進(jìn)入癌細(xì)胞將產(chǎn)生不利影響。癌細(xì)胞內(nèi)乳酸超過閾值，可能激活免疫逃疫和不利的線粒體生物發(fā)生（圖2D）。

5.4 血乳酸閾

在遞增運(yùn)動(dòng)負(fù)荷實(shí)驗(yàn)中，血乳酸在低強(qiáng)度范圍內(nèi)平穩(wěn)，在較高強(qiáng)度時(shí)血乳酸驟增。這一拐點(diǎn)即經(jīng)典運(yùn)動(dòng)生理學(xué)的乳酸閾。血乳酸通過微循環(huán)將與所有細(xì)胞表面物理接觸，激活MCT轉(zhuǎn)運(yùn)通道，將血乳酸分配到全身各器官組織。不同細(xì)胞MCT親和力與轉(zhuǎn)運(yùn)能力的差異，可能導(dǎo)致乳酸分配的優(yōu)先級不同。優(yōu)先級取決于細(xì)胞表面MCT的類型和數(shù)量。根據(jù)米氏常數(shù)Km排序，MCT1（普遍、癌細(xì)胞）＜MCT2（癌細(xì)胞、睪丸、心肌、淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞）＜MCT6（腎臟）＜MCT4（肌肉）。減少腫瘤乳酸攝?。∕CT1、MCT2），增加骨骼肌乳酸攝?。∕CT4）的運(yùn)動(dòng)應(yīng)是有益的，這個(gè)推斷與運(yùn)動(dòng)抗乳腺癌的研究吻合（Aveseh et al.，2015）。癌細(xì)胞MCT的Km值比骨骼肌MCT4低，說明血乳酸容易被癌細(xì)胞攝取，不易被肌肉回收利用。這與相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較吻合，MCT4在高乳酸環(huán)境下才能作為乳酸的親和轉(zhuǎn)運(yùn)體（Contreras-Baeza et al.，2019）。劇烈的肌肉收縮也能增加肌乳酸的攝取，只有外部乳酸濃度較高時(shí)（20 mmol/L）才發(fā)生（Tonouchi et al.，2002）。盡管存在這種可能性，但肌肉收縮新增的乳酸釋放可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過乳酸攝取，表明肌肉釋放的乳酸經(jīng)循環(huán)再被肌肉攝取是很困難的。因此，抗腫瘤的運(yùn)動(dòng)不能使血乳酸越過某個(gè)閾值，否則骨骼肌碳源將作為能源或碳骨架向腫瘤加速轉(zhuǎn)移（圖2B）。此外，乳酸受體可能介導(dǎo)乳酸的多種信號調(diào)節(jié)方向。如果運(yùn)動(dòng)肌釋放乳酸過多，經(jīng)GPR81可能加劇腫瘤的免疫逃逸（Feng et al.，2017）。GPR81在肌肉、脂肪以及癌細(xì)胞表達(dá)，可能介導(dǎo)乳酸誘導(dǎo)的線粒體生物發(fā)生和燃料選擇（Hashimoto et al.，2007；Rooney et al.，2011；Sun et al.，2016）。骨骼肌線粒體生物發(fā)生有利于乳酸清除，可能是乳酸信號形成的負(fù)反饋通路；脂肪線粒體生物發(fā)生可能引導(dǎo)褐化，使燃料切換為葡萄糖并走向產(chǎn)熱的無效循環(huán)。若是癌細(xì)胞線粒體生物發(fā)生，運(yùn)動(dòng)的作用可能走向反面。

6 小結(jié)與展望

乳酸是運(yùn)動(dòng)與腫瘤的共同代謝物。由于LDH、MCT普遍表達(dá)，乳酸的生成、轉(zhuǎn)運(yùn)和清除可以通過血液循環(huán)或細(xì)胞間乳酸穿梭在各組織細(xì)胞之間實(shí)現(xiàn)，這對運(yùn)動(dòng)時(shí)骨骼肌產(chǎn)能和疲勞恢復(fù)十分必要，但是癌細(xì)胞也喜好乳酸穿梭。基于運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練建立的乳酸理論很難解釋和預(yù)測運(yùn)動(dòng)對腫瘤的意義。從腫瘤的乳酸代謝來看，抗腫瘤運(yùn)動(dòng)應(yīng)限制乳酸生成和周轉(zhuǎn)，尤其不能激活癌細(xì)胞與循環(huán)之間的乳酸交換（圖1）。乳酸升高只是運(yùn)動(dòng)即刻的一過性現(xiàn)象，運(yùn)動(dòng)抗腫瘤是長期積累效應(yīng)和后續(xù)效應(yīng)，涉及免疫加強(qiáng)、炎癥減輕若干方面。如果把運(yùn)動(dòng)抗腫瘤的特異性全部歸因于血乳酸，有失偏頗。通過運(yùn)動(dòng)提高肌乳酸的自我清除能力，降低血液循環(huán)、肝臟和癌細(xì)胞的乳酸負(fù)荷是運(yùn)動(dòng)的長期積極效應(yīng)。本文提出多個(gè)閾假說，旨在強(qiáng)調(diào)乳酸的“定量定位”以及運(yùn)動(dòng)抗腫瘤的非線性特征。未來有待突破的是：

1）乳酸閾的定量和運(yùn)動(dòng)抗腫瘤的特異性。運(yùn)動(dòng)中乳酸產(chǎn)生是連續(xù)累積的，腫瘤微環(huán)境PH值也是連續(xù)變化的，許多弱的或者瞬時(shí)相互作用在生物系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮巨大作用，但是由于其復(fù)合物結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，很難被實(shí)驗(yàn)捕獲。LDH的催化方向在低乳酸（PH高）與高乳酸（PH低）狀態(tài)下可能發(fā)生變化，從而形成乳酸閾拐點(diǎn)。有必要采用量子化學(xué)、分子對接、生物信息學(xué)方法，對乳酸與靶點(diǎn)之間的相互作用過程以及整個(gè)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模、計(jì)算和預(yù)測，揭示運(yùn)動(dòng)抗腫瘤的特異性的形成機(jī)制。

2）乳酸閾與表觀遺傳修飾。有研究發(fā)現(xiàn)，乳酸介導(dǎo)表觀遺傳重編程調(diào)控人胰腺癌相關(guān)成纖維細(xì)胞的形成（Bhagat et al.，2019）。乳酸脫氫酶A被激活的T細(xì)胞組蛋白乙?；黾?，發(fā)生腫瘤類似的有氧糖酵解（Peng et al.，2016）。還有研究發(fā)現(xiàn)，組蛋白賴氨酸的乳酸化作為表觀遺傳修飾，直接刺激從染色質(zhì)的基因轉(zhuǎn)錄，預(yù)示乳酸在各種病理生理狀況（運(yùn)動(dòng)、感染和癌癥）中的作用不僅僅是代謝物和信號分子（Zhang et al.，2019）。乳酸介導(dǎo)的表觀遺傳修飾對細(xì)胞的影響是持久的。運(yùn)動(dòng)通過乳酸穿梭對癌細(xì)胞進(jìn)行表觀遺傳修飾的可能性、閾值以及效果都是值得思考的，這可能是運(yùn)動(dòng)抗腫瘤特異性作用的又一方面。