CHO細胞在流加培養過程中乳酸代謝的問題由來已久，為減少乳酸的積累，人們進行了諸多努力與嘗試，也取得了一定的進展。這篇文章主要是運用代謝物分析的方法，闡述了CHO細胞在培養過程中乳酸代謝的轉變。之前有文獻報導，培養基的組成成分和銅離子的濃度能夠影響CHO細胞的乳酸代謝，實現由乳酸產生(LP)向乳酸(LC)消耗轉變。
在本文的前期研究中，發現了銅離子與CHO細胞乳酸代謝的轉變存在一定的關聯。考慮到銅離子在細胞呼吸、抗氧化過程中的重要作用，作者提出了乳酸代謝與細胞氧化能力有關的假設。為進一步驗證這一假設，補充了兩組流加培養實驗，通過對相關代謝物的分析，旨在探討不同細胞株和銅離子濃度對CHO細胞乳酸代謝轉變的影響。
實驗一(Case1)：同一株細胞培養在含有不同銅離子濃度(1X, 20X)的培養基中；實驗二(Case 2)：兩株乳酸代謝類型不同的細胞培養在含有高銅離子濃度的培養基中。
具體實驗方案如下表所示：
實驗結果：
圖1 兩組實驗中細胞生長和乳酸代謝
實驗1中（圖A、C），在高銅離子濃度（20X）的條件下，細胞從第五天開始展現了更高的細胞密度，同時乳酸代謝也由乳酸積累轉變為乳酸消耗。在低銅離子濃度（1X）的條件下，其最高細胞密度相對較低，乳酸持續積累。
實驗2中（圖中F、H），兩種細胞展現了完全不同的生長狀況和乳酸代謝， CHO-C達到更高的細胞密度，同時從第七天開始乳酸持續消耗。CHO-B則展現了較低的細胞密度和持續的乳酸積累。
結合兩組實驗結果，可以發現銅離子對細胞乳酸代謝的轉變發揮了重要作用，但這種作用並不具有廣泛適用性，細胞株本身的乳酸代謝特性是根本緣由。
基於細胞生長狀況和乳酸的積累，認為細胞在對數生長期，主要依賴於糖酵解消耗葡萄糖提供能量。一旦大部分細胞分裂和生長停止，葡萄糖的消耗速率開始下降，這被認為是細胞減少了通過糖酵解提供能量的依賴，開始傾向於完全氧化呼吸提供能量。
圖2 糖代謝分析
在糖代謝物分析中發現，實驗1中，細胞在較低銅離子濃度的條件下，培養過程中具有更高的山梨醇和果糖的積累，具體如圖2所示。在實驗2中，CHO-B（LP）細胞在培養過程的後半段則具有較高的山梨醇和果糖的積累，而且最終也不能被完全消耗。
山梨醇作為糖代謝的一個支路，最終可以產生果糖，果糖經過磷酸化後可再次進入糖酵解途徑。
糖酵解與線粒體氧化代謝的關係
2002年Valenti就已經證實了線粒體內存在乳酸轉運載體，能夠將胞質內的乳酸轉運至線粒體中。在2008年Passarella報導了在哺乳動物細胞的線粒體內存在乳酸脫氫酶。線粒體在乳酸代謝中發揮了重要作用，乳酸可以在線粒體內轉變為丙酮酸，進而進入TCA循環。從實驗結果可發現即便是在有葡萄糖存在的情況下，乳酸消耗的細胞（LC）在細胞停止生長後能夠代謝乳酸保證高效的氧化呼吸。
在實驗1中，升高銅離子的濃度可以使細胞在後期切換為乳酸消耗途徑，而同樣在高濃度銅離子的實驗2中，不同細胞仍然表現出了不同的乳酸代謝途徑。通過對兩組實驗中詳細的代謝比較分析，揭示了線粒體在乳酸消耗過程中的關鍵作用，過低濃度的銅離子會造成線粒體功能上的損傷，從而降低其代謝乳酸的能力。
乳酸的持續生成不僅浪費細胞培養基中的能源（葡萄糖），還會造成培養環境pH的持續降低，抑制細胞的生長和蛋白的表達。這也提示我們在進行穩定表達細胞克隆篩選的過程中，儘可能篩選出包含強大「心臟（線粒體）」的細胞株。
原文
Luo, J., et al. (2012). "Comparative metabolite analysis to understand lactate metabolism shift in Chinese hamster ovary cell culture process." Biotechnol Bioeng 109(1): 146-156. PMID:21964570