日本東北大學研究生院醫學系研究科的金子慶三講師、堀內嵩弘特任研究員以及片桐秀樹教授等人組成的研究團隊宣佈，肝臟在不同強度的運動下進行糖異生時所使用的基質存在差異。在小鼠實驗裏，研究團隊發現小鼠進行輕度運動時，肝臟會以甘油作為基質進行糖異生；而進行劇烈運動時，肝臟則會以乳酸為受質進行糖異生，這種機制有助於機體持續進行運動。這一研究成果被認為有望助力提升運動表現，並為開發肥胖和肌少症的預防與治療方法提供新方向。相關研究成果已發表在《Nature Metabolism》的9月18日刊上。
圖1 根據運動強度調節甘油或乳酸的糖異生，可用於提升運動能力，預防和治療肥胖與肌少症。（供圖：東北大學）
動物體内存在維持血糖值恆定的調節機制。除了通過飲食攝入的碳水化合物分解產生葡萄糖外，當處於空腹狀態或在運動過程中能量消耗急劇增加時，肝臟會利用體內的基質進行糖異生。運動中糖異生的典型基質有兩種：一是由肌肉活動產生的乳酸；二是由脂肪分解產生的甘油，但此前一直未能明確這兩種基質在不同條件下所起的作用。
此次研究團隊對運動中肝臟使用哪種基質，以及利用這些基質進行糖異生的方式展開了調查。
研究人員讓小鼠在跑步機上分別緩慢奔跑和快速奔跑。與處於靜息狀態的小鼠相比，緩慢奔跑的小鼠血液中甘油濃度上升；而快速奔跑的小鼠血液中，乳酸濃度上升。這表明在不同強度的運動中，肝臟可能會選用不同的基質進行糖異生。
為驗證上述發現，研究團隊通過基因干預，成功培育出兩種基因改造小鼠：一種是無法利用甘油進行糖異生的「甘油糖異生缺失小鼠」；另一種是無法藉助乳酸進行糖異生的「乳酸糖異生缺失小鼠」，並讓這兩種小鼠分別進行兩種不同強度的運動。
結果發現，甘油糖異生缺失小鼠進行慢跑運動，以及乳酸糖異生缺失小鼠進行快跑運動時，它們的可持續跑動的時長均顯著縮短。這表明在運動過程中，肝臟會依據運動強度來選擇不同的基質，劇烈運動時產生乳酸，輕度運動時產生甘油。
另一方面，當讓甘油糖異生缺失小鼠進行快跑，以及讓乳酸糖異生缺失小鼠進行慢跑時，二者的可持續跑動時長反而有所延長。
研究團隊認為，若能揭示該機制，或許能夠提升運動能力，因此對代謝過程展開了進一步解析。
研究人員著重關注了促進代謝流動的氧化還原循環，即NAD+被還原成NADH，再由NADH還原為NAD+。然後，探討了通過甘油或乳酸其中一方的代謝途徑受到抑制時，NAD+會集中供應至另一方的代謝途徑，從而提升運動能力的可能性。為驗證這一假設，研究團隊在未進行任何基因干預的普通小鼠的肝臟上增加了NAD+的含量。
當這些未接受基因干預的普通小鼠進行慢跑時，它們的可持續跑動時長增加了50%；而當進行快跑時，可持續跑動時長提升了40%。也就是說，無論運動強度是如何，小鼠的運動能力均得到了顯著提升，且效果甚至超越了已知的訓練所帶來的效應。這表明未來或許能夠通過以肝臟為靶點的干預方式來提升運動能力。
未來，研究團隊將進一步致力於闡明生物體究竟是通過何種機制來切換不同基質的，並開發既能提升運動表現，又能預防肥胖和肌少症的新方法。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Nature Metabolism
論文：Redox-dependent liver gluconeogenesis impacts different-intensity exercise in mice
DOI：10.1038/s42255-025-01373-z
