研究发现缺乏特定酵素,会加速身体燃烧脂肪并增加运动耐力

人们基于各种理由运动,比如燃烧脂肪、提升身体功能极限等,最近美国哈佛大学(Harvard University)一篇新研究显示,上述情况都与一种特定的身体机制有关,试验结果表明,缺乏特定酵素的小鼠会大幅提升运动耐力与脂肪燃烧的能力。

身体内大部分细胞都是使用糖类作为能量来源,但当糖类耗尽时,身体便会使用脂肪作为替代能源。致力于开发肥胖治疗方法、并想了解运动生理影响的科学家们,对代谢机制如何运行、以及细胞为何在不同时会利用不同能量来源的现象很感兴趣。

为了寻找问题答案,哈佛团队着手研究脯胺酸羟化酶3(prolyl hydroxylase 3,PHD3)的功能。在先前研究中,科学家发现PHD3在某些癌症中参与调节脂肪代谢,于是他们利用经过改造的乙醯辅酶A羧化酶2(acetyl-CoA carboxylase 2,ACC2)阻断脂肪酸代谢,使脂肪无法转换成能源。

为了进一步研究PHD3在癌症中扮演的角色,研究团队分离在富含糖环境中生长的小鼠细胞,之后观察PHD3如何改变ACC2以抑制脂肪代谢。研究团队随后在低糖环境中重复此试验,结果发现换成单磷酸腺苷活化蛋白质激酶(adenosine monophosphate-activated protein kinase,AMPK)发挥作用,AMPK会抵消ACC2的化学修饰,因此脂肪酸能够进入细胞,并且成为细胞的能量来源。

研究团队继续做小鼠活体试验,他们先让小鼠绝食一段时间以重现先前试验的低糖环境,发现小鼠缺乏能量会导致在心脏和骨骼肌中被化学修饰的ACC2减少,同时使AMPK的修饰增加。

在另一个试验中,研究团队想知道如果将PHD3完全移除,情况会如何发展。于是科学家们改造出不会表达PHD3的小鼠,并让它们接受一系列运动耐力测试。

本研究资深作者Marcia Haigis表示:“我们想知道如果剔除小鼠的PHD3基因,是否会增加脂肪的燃烧能力并提升能量,同时还能对依赖能量来锻炼肌肉、提升运动能力的骨骼肌有正面影响。”

与控制组相比,缺乏PHD3的小鼠持续跑步的时间可以多出40%,跑步距离则可以多出50%;最大摄氧量是耗氧速率和有氧耐力的指标,而缺乏PHD3小鼠的最大摄氧量也有明显提升。分析试验结果显示在经过几回合运动之后,缺乏PHD3的小鼠脂肪代谢率增加,且出现不同的代谢情况。

接着研究团队取来其他部位正常表现PHD3、仅在骨骼肌中缺乏PHD3的小鼠,发现这些小鼠在运动中与前一个试验有相似结果,代表若使骨骼肌不表达PHD3,便能有效提升运动表现。

Haigis教授表示:“很兴奋可以看到肌肉细胞剔除PHD3基因的小鼠其运动耐力有戏剧性改变,而且这种PHD3缺失的影响很稳定、可重复操作。”

此研究帮助我们更理解身体在运动能耗过程中如何运行,同时为新领域打开一条路,接下来需探索PHD3的运行机制以及抑制PHD3是否会有副作用产生,以便未来应用于人体临床、也可能成为治疗肌肉相关疾病的新疗法。此研究发布在《细胞代谢》(Cell Metabolism)期刊。

(首图来源:shutterstock)

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