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本研究揭示了星形胶质细胞来源的乳酸，除作为能量底物外，还可作为信号分子，通过一个涉及代谢转化和细胞内氧化还原状态改变的新机制，特异性增强含GluN2B亚基的NMDA受体（NMDAR）功能。该过程依赖于乳酸进入神经元、经乳酸脱氢酶（LDH）转化为丙酮酸产生NADH，并通过Ca2+/钙调蛋白依赖性蛋白激酶II（CaMKII）与GluN2B亚基羧基末端结构域内两个对氧化还原敏感的半胱氨酸序列的相互作用实现。这一发现从分子层面阐明了脑能量代谢与突触功能调控之间的直接联系，为理解学习、记忆等高级脑功能提供了新见解。
乳酸增强NMDAR电流的幅度和衰减时间常数
在培养的皮层神经元中，全细胞膜片钳记录发现，乳酸能增强由谷氨酸和甘氨酸诱发的NMDA受体电流（INMDAR）。这种增强表现为电流峰值振幅的增加和衰减时间常数（τ）的延长，且具有浓度依赖性，在生理相关浓度（2-10 mM）下即可观察到显著效应。电流-电压关系曲线显示，乳酸处理增加了曲线的斜率，表明其对通道电导产生了影响。
乳酸对NMDAR的增强作用依赖于GluN2B亚基、细胞摄取和LDH活性
研究通过药理学手段证实，乳酸对INMDAR的增强作用特异性依赖于含有GluN2B亚基的NMDAR，因为ifenprodil（GluN2B选择性抑制剂）可完全阻断此效应，而PEAQX（GluN2A选择性抑制剂）则不能。该过程不通过乳酸受体HCAR1介导，因为其激动剂3,5-DHBA和3Cl-HBA无法模拟乳酸的作用。相反，乳酸必须通过单羧酸转运蛋白（MCT）进入神经元，并依赖乳酸脱氢酶（LDH）将其代谢转化为丙酮酸，同时产生NADH。阻断MCT（使用AR-C155858）或抑制LDH活性（使用oxamate或stiripentol）均可消除乳酸对电流峰值的增强作用，但对衰减时间的延长影响较小。作为对比，丙酮酸和β-羟基丁酸（βHB）也能延长电流衰减时间，但对峰值的增强作用较弱，提示乳酸对峰值的影响与其改变细胞内氧化还原状态（NADH/NAD+比值升高）密切相关。
钙信号和CaMKII在乳酸调节NMDAR中的关键作用
细胞内钙动力学对乳酸的效应至关重要。使用钙螯合剂BAPTA螯合胞内钙，或使用ryanodine受体拮抗剂dantrolene/ryanodine阻断内质网钙释放，均可显著削弱乳酸对INMDAR峰值的增强。反之，阻断L型电压门控钙通道或IP3受体则无此效果。更重要的是，研究证实钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶II（CaMKII）是此通路的核心介质。在神经元内应用CaMKII特异性多肽抑制剂AIP-2或CN21，或在钙成像实验中应用其膜渗透性版本，均能阻断乳酸对NMDAR电流和钙信号的增强作用。
乳酸在HEK细胞中通过CaMKII与GluN2B的相互作用增强NMDAR
为在简化系统中验证机制，研究使用了不表达CaMKII和NMDAR的HEK293细胞。实验发现，只有在稳定表达CaMKIIα并瞬时转染GluN1和GluN2B的HEK细胞中，乳酸才能显著增强INMDAR的峰值，而在仅表达NMDAR的细胞中则不能。这表明功能性CaMKII的存在是乳酸发挥作用的必要条件。进一步利用点突变技术破坏CaMKII与GluN2B羧基末端结构域（CTD）的结合位点（如L1298A/R1300Q和R1300Q/S1303D双突变），可完全废除乳酸对NMDAR的增强效应，证明了二者物理性相互作用的关键性。
乳酸通过细胞内氧化还原机制靶向GluN2B亚基增强NMDAR的分子机制
研究探讨了乳酸作用的氧化还原本质。细胞外应用还原剂二硫苏糖醇（DTT）可增强INMDAR，但其与乳酸的效应是叠加而非相互拮抗的，提示二者机制不同。相反，通过膜片钳电极向细胞内灌注氧化剂DTNB，则可阻断乳酸的效应，表明乳酸通过一个细胞内氧化还原机制起作用。生物信息学分析预测，在GluN2B亚基的羧基末端存在两段对氧化还原状态敏感、富含半胱氨酸的内在无序区域。在HEK细胞模型中，将这两段序列中的半胱氨酸突变为丝氨酸（构建Δredox 1-CTD和Δredox 2-CTD突变体），可显著削弱乳酸对NMDAR的增强作用，而突变CaMKII本身的氧化还原敏感位点则无影响。这揭示了GluN2B CTD内的特定半胱氨酸是乳酸/NADH氧化还原信号的关键靶点。
乳酸促进神经元中CaMKII与GluN2B的结合及GluN2B在突触的聚集
在更成熟的皮层神经元培养物中，生物化学实验表明，乳酸处理能特异性增强从突触体组分中免疫共沉淀得到的CaMKII与GluN2B的结合，而丙酮酸处理则效果较弱，且不改变总蛋白或磷酸化蛋白水平。邻近连接分析（PLA）进一步显示，与丙酮酸相比，乳酸处理能显著增加GluN2B与突触后致密物标志蛋白PSD-95之间的相互作用信号点（代表二者在空间上接近），且该效应可被CaMKII抑制剂所阻断。这些结果说明，乳酸通过增强CaMKII与GluN2B的相互作用，促进了含GluN2B的NMDAR在突触部位的定位或稳定，从而可能增强突触反应。
总结
本研究系统阐明了乳酸作为一种星形胶质细胞来源的信号分子，其增强神经元兴奋性与突触可塑性的详细分子通路：乳酸经MCT进入神经元，在LDH作用下转化为丙酮酸并产生NADH，改变细胞内氧化还原状态；这通过目前尚未完全阐明的机制（可能涉及兰尼碱受体）影响钙信号，激活CaMKII；活化的CaMKII与GluN2B亚基羧基末端结合，该过程受到GluN2B上特定氧化还原敏感半胱氨酸的调节；最终，这种增强的相互作用稳定了含GluN2B的NMDAR在突触的位置，放大了钙内流和相关信号，从而将脑能量代谢（星形胶质细胞-神经元乳酸穿梭，ANLS）与调控学习记忆的突触可塑性机制直接联系起来。
