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作者与发表信息
该研究由Mingxuan Wu、Gaogan Jia、Yaoqian Liu、Yiyun Lou、Yunjie Li、Mingyu Xia、Huawei Li和Wenyan Li共同完成，研究团队主要来自复旦大学附属眼耳鼻喉科医院、复旦大学医学神经生物学国家重点实验室等机构。研究于2025年1月8日发表在《PNAS》（Proceedings of the National Academy of Sciences）期刊上，文章标题为“PKM2 controls cochlear development through lactate-dependent transcriptional regulation”。

学术背景
该研究的主要科学领域是发育生物学和代谢调控，特别是葡萄糖代谢在哺乳动物耳蜗发育中的作用。耳蜗是听觉系统的关键组成部分，其感觉上皮的形成和毛细胞（hair cells, HCs）的生成对听力至关重要。然而，哺乳动物耳蜗毛细胞的再生能力有限，一旦受损通常不可逆，这成为听力损失治疗的主要挑战。近年来的研究表明，代谢过程在细胞增殖和分化中起重要作用，尤其是葡萄糖代谢与器官发育密切相关。尽管如此，葡萄糖代谢在哺乳动物耳蜗发育和毛细胞再生中的具体机制仍不明确。因此，本研究旨在揭示葡萄糖代谢在耳蜗发育中的作用，并探索其在毛细胞再生中的潜在应用价值。

研究流程
研究分为多个步骤，详细流程如下：
1. 耳蜗类器官模型的建立：研究团队利用小鼠和人类的耳蜗非感觉上皮细胞（nonsensory epithelial cells, NSECs）构建了三维（3D）耳蜗类器官模型。通过不同的培养基条件（如EFI、EFI-C、EFI-CVP6和EFI-CL），筛选出最适合类器官扩增的培养条件。
2. 代谢分析：通过RNA测序（RNA-seq）和基因集富集分析（GSEA），发现类器官扩增阶段糖酵解代谢显著增强。进一步通过质谱分析（MS）检测了糖酵解中间产物的水平，证实了糖酵解在类器官扩增中的关键作用。
3. PKM2的功能验证：研究团队构建了PKM2条件性敲除（conditional knockout, CKO）小鼠模型，并通过Cre重组酶系统在小鼠耳蜗前体细胞中特异性敲除PKM2。结果显示，PKM2缺失导致耳蜗感觉上皮形态发生障碍，毛细胞生成减少。
4. 乳酸的作用机制研究：通过代谢通量分析，发现PKM2通过催化丙酮酸生成乳酸，进而促进组蛋白H3第9位赖氨酸的乳酸化（H3K9la）。这一表观遗传修饰调控了多个转录因子的表达，包括SOX家族成员。
5. 毛细胞再生的实验验证：在小鼠和人类耳蜗外植体中，通过过表达PKM2或外源乳酸处理，显著促进了毛细胞的生成。进一步实验表明，这种再生主要通过支持细胞（supporting cells, SCs）的转分化实现。

主要结果
1. 糖酵解在耳蜗类器官扩增中的激活：RNA-seq和GSEA分析显示，类器官扩增阶段糖酵解代谢显著增强，而线粒体呼吸链相关基因表达下调。质谱分析进一步证实了糖酵解中间产物的积累。
2. PKM2在耳蜗发育中的关键作用：PKM2 CKO小鼠的耳蜗感觉上皮形态发生显著受损，毛细胞数量减少。机制上，PKM2通过催化丙酮酸生成乳酸，进而促进组蛋白H3的乳酸化，调控关键基因的表达。
3. 乳酸在毛细胞再生中的促进作用：在小鼠和人类耳蜗外植体中，PKM2过表达或乳酸处理显著增加了毛细胞的生成。这一过程主要通过支持细胞的转分化实现。

结论与意义
该研究揭示了PKM2依赖的糖酵解代谢在耳蜗感觉上皮形成中的关键作用，并阐明了乳酸通过组蛋白乳酸化调控基因表达的分子机制。研究不仅为耳蜗发育的代谢调控提供了新的见解，还为毛细胞再生提供了潜在的治疗靶点。通过代谢重编程促进毛细胞再生，可能为听力损失的临床治疗开辟新的途径。

研究亮点
1. 重要发现：首次揭示了PKM2依赖的糖酵解代谢在耳蜗发育中的关键作用，并阐明了乳酸通过组蛋白乳酸化调控基因表达的机制。
2. 方法创新：利用耳蜗类器官模型和PKM2 CKO小鼠，系统研究了糖酵解代谢在耳蜗发育中的作用。
3. 应用价值：研究结果为毛细胞再生提供了新的代谢调控策略，具有重要的临床转化潜力。

其他有价值的内容
研究还发现，PKM2过表达和乳酸处理在小鼠和人类耳蜗外植体中均能显著促进毛细胞生成，这一结果为未来开发基于代谢调控的听力损失治疗药物提供了实验依据。此外，研究团队开发的耳蜗类器官模型为耳蜗发育和再生研究提供了重要的实验工具。

以上是对该研究的全面报告，涵盖了研究背景、流程、结果、结论及其科学和应用价值。