葡萄糖轉化乳酸，乳酸介導眼的形態發生

哺乳動物視網膜傾向于利用有氧糖酵解(Warburg效應)將大部分葡萄糖轉化為乳酸，即使在有氧條件下也是如此，類似于活躍生長的有絲分裂腫瘤細胞。視網膜中的非增殖性和終末分化神經元是我們體內代謝最活躍的細胞之一。盡管脊椎動物視網膜需要糖酵解和氧化磷酸化來啟動和維持功能視覺，但即使在發育過程中正在生長的視網膜中，有氧糖酵解也主導著ATP的產生和生物合成。雖然眾所周知，視網膜細胞在細胞分化過程中使用乳酸鹽，然而，優先利用有氧糖酵解在視網膜組織形態發生中的確切作用尚不清楚。

代謝方式選擇在細胞增殖和分化過程中起著關鍵作用，代謝物支持能量需求并調節各種細胞信號傳導過程。盡管有氧糖酵解的傳統作用是在細胞快速增殖和組織生長過程中支持生物質生產和ATP，但最近的研究表明，沿體軸的梯度糖酵解參與了胚胎組織的模式。有趣的是，有研究表明，在雞胚胎發育過程中，糖酵解介導的細胞內pH調節，對于控制中胚層分化過程中關鍵的細胞信號傳導和翻譯后修飾(如乙?；?至關重要。另一項研究表明，糖酵解的最終產物乳酸鹽可以作為直接標記乳酸化的信號分子，乳酸化是巨噬細胞極化時調節基因表達所必需的一種新型組蛋白修飾。有氧糖酵解衍生的乳酸似乎在免疫反應、疾病和胚胎發育的背景下，為蛋白質修飾和基因表達的表觀遺傳控制引入額外的調控層中起著至關重要的作用。

實驗亮點

眼睛形成的最初形態學標志始于視神經囊泡(OV)外翻。與多種上皮組織類似，視神經囊泡的形成涉及細胞動態運動、細胞-細胞粘附的精確調控以及細胞骨架和細胞外基質的重排。然而，在上皮形態發生過程中驅動遺傳和表觀遺傳程序的機制尚不清楚。

胚胎干細胞衍生的類眼器官是表征哺乳動物眼睛形態發生的細胞和分子步驟的寶貴資源。為了評估了有氧糖酵解在視網膜發育過程中的功能作用，作者通過結合眼類器官和單細胞RNA測序(sc-RNAseq，10X Genomics 的Chromium Single Cell v2 Reagent Kit and Controller)的方法，初步確定了在視神經泡形成過程中視網膜祖細胞簇中糖酵解基因(包括特異性葡萄糖轉運蛋白)的富集，并進一步通過實驗證實：糖酵解是眼類器官視神經泡形成所必需的；Glut1和Ldha活性是小鼠胚胎眼形態發生所必需的；乳酸介導眼的形態發生。

實驗還證實了在培養的眼類器官中單獨添加乳酸足以挽救缺乏LDH活性的培養物中眼睛形態發生的停滯：添加不改變pH值的l-乳酸鈉，在2-脫氧-d-葡萄糖或GNE-140存在的情況下，顯著地挽救了眼睛形態發生的缺陷。使用qPCR的定量分析證實，添加乳酸也挽救了Rax（Rax是眼睛形態發生的關鍵調節因子）和Six3的表達。添加乳酸足以挽救CKO類器官中的OV缺陷，并且正如預期的那樣，典型眼睛發育標志物的表達升高。

研究人員利用眼類器官和小鼠遺傳學實驗表明:

a)來自眼類器官的scRNA-seq鑒定了在視神經囊泡發育過程中表達的關鍵糖酵解基因;

b)小鼠胚胎的視野區域顯示糖酵解活性升高;

c) 視神經囊泡形態發生需要乳酸的產生;

d)糖酵解介導的乳酸上調視野轉錄因子和相關的表觀遺傳修飾(H3K27ac)。

結果表明有氧糖酵解在哺乳動物器官發生過程中具有意想不到的功能作用。糖酵解衍生的乳酸具有非代謝功能，可作為一種信號分子，在器官形態發生過程中發揮著多種生理作用，參與轉錄調節。在OV形態形成之前，前神經板開始有較高的葡萄糖攝取。雖然典型糖酵解需要Glut1和LdhA的活性，但糖酵解的最終產物乳酸可能在眼睛形態發生過程中作為內源性HDAC抑制劑。這種非范式的調節與atp的產生無關，對特定的眼睛發育程序至關重要