CHO细胞在流加培养过程中乳酸代谢的问题由来已久，为减少乳酸的积累，人们进行了诸多努力与尝试，也取得了一定的进展。这篇文章主要是运用代谢物分析的方法，阐述了CHO细胞在培养过程中乳酸代谢的转变。之前有文献报导，培养基的组成成分和铜离子的浓度能够影响CHO细胞的乳酸代谢，实现由乳酸产生(LP)向乳酸(LC)消耗转变。

在本文的前期研究中，发现了铜离子与CHO细胞乳酸代谢的转变存在一定的关联。考虑到铜离子在细胞呼吸、抗氧化过程中的重要作用，作者提出了乳酸代谢与细胞氧化能力有关的假设。为进一步验证这一假设，补充了两组流加培养实验，通过对相关代谢物的分析，旨在探讨不同细胞株和铜离子浓度对CHO细胞乳酸代谢转变的影响。

实验一(Case1)：同一株细胞培养在含有不同铜离子浓度(1X, 20X)的培养基中；实验二(Case 2)：两株乳酸代谢类型不同的细胞培养在含有高铜离子浓度的培养基中。

具体实验方案如下表所示：

实验结果：

图1 两组实验中细胞生长和乳酸代谢

实验1中（图A、C），在高铜离子浓度（20X）的条件下，细胞从第五天开始展现了更高的细胞密度，同时乳酸代谢也由乳酸积累转变为乳酸消耗。在低铜离子浓度（1X）的条件下，其最高细胞密度相对较低，乳酸持续积累。

实验2中（图中F、H），两种细胞展现了完全不同的生长状况和乳酸代谢， CHO-C达到更高的细胞密度，同时从第七天开始乳酸持续消耗。CHO-B则展现了较低的细胞密度和持续的乳酸积累。

结合两组实验结果，可以发现铜离子对细胞乳酸代谢的转变发挥了重要作用，但这种作用并不具有广泛适用性，细胞株本身的乳酸代谢特性是根本缘由。

基于细胞生长状况和乳酸的积累，认为细胞在对数生长期，主要依赖于糖酵解消耗葡萄糖提供能量。一旦大部分细胞分裂和生长停止，葡萄糖的消耗速率开始下降，这被认为是细胞减少了通过糖酵解提供能量的依赖，开始倾向于完全氧化呼吸提供能量。

图2 糖代谢分析

在糖代谢物分析中发现，实验1中，细胞在较低铜离子浓度的条件下，培养过程中具有更高的山梨醇和果糖的积累，具体如图2所示。在实验2中，CHO-B（LP）细胞在培养过程的后半段则具有较高的山梨醇和果糖的积累，而且最终也不能被完全消耗。

山梨醇作为糖代谢的一个支路，最终可以产生果糖，果糖经过磷酸化后可再次进入糖酵解途径。

糖酵解与线粒体氧化代谢的关系  

2002年Valenti就已经证实了线粒体内存在乳酸转运载体，能够将胞质内的乳酸转运至线粒体中。在2008年Passarella报导了在哺乳动物细胞的线粒体内存在乳酸脱氢酶。线粒体在乳酸代谢中发挥了重要作用，乳酸可以在线粒体内转变为丙酮酸，进而进入TCA循环。从实验结果可发现即便是在有葡萄糖存在的情况下，乳酸消耗的细胞（LC）在细胞停止生长后能够代谢乳酸保证高效的氧化呼吸。

在实验1中，升高铜离子的浓度可以使细胞在后期切换为乳酸消耗途径，而同样在高浓度铜离子的实验2中，不同细胞仍然表现出了不同的乳酸代谢途径。通过对两组实验中详细的代谢比较分析，揭示了线粒体在乳酸消耗过程中的关键作用，过低浓度的铜离子会造成线粒体功能上的损伤，从而降低其代谢乳酸的能力。

乳酸的持续生成不仅浪费细胞培养基中的能源（葡萄糖），还会造成培养环境pH的持续降低，抑制细胞的生长和蛋白的表达。这也提示我们在进行稳定表达细胞克隆筛选的过程中，尽可能筛选出包含强大“心脏（线粒体）”的细胞株。