耐力增強40%！哈佛科學家發現的「蛋白開關」讓長跑成績突飛猛進

▎藥明康德內容團隊編輯

葡萄糖和脂肪是為細胞、組織和器官提供動力的主要燃料。對於大多數細胞來說，糖是首選的能量來源，只有當營養缺乏時，才會轉而分解脂肪。在運動減肥的人群中，也一直流傳著一種說法，認為要達到動員脂肪的目的，每次在做有氧運動時，需要堅持足夠長的時間才行。

對於細胞是如何根據可利用的資源來改變自己的新陳代謝，科學家們其實並未完全了解其中的機制。最近，哈佛醫學院的研究人員剛剛發現，有一種酶在感知營養供應和調節肌肉細胞分解脂肪方面起著關鍵作用。動物實驗表明，在肌肉中減少這種酶後，小鼠的耐力突飛猛進，長跑表現出現了令人驚訝的巨大提高。

▲這項研究最近發表在《細胞》子刊

科學家們研究的這種酶名為脯氨醯羥化酶3，簡稱PHD3。在先前的工作中，Marcia Haigis教授與同事們注意到，這種酶在某些癌症中會調節脂肪代謝。他們發現，在正常條件下，PHD3會修飾另外一種與脂肪酸代謝有關的酶，乙醯輔酶A羧化酶2（ACC2），從而阻止脂肪酸進入線粒體生產能量。

在此次研究中，這支團隊進一步探索了PHD3調節脂肪代謝的功能。在培養細胞的實驗中他們發現，PHD3對ACC2的修飾原來與培養液中的葡萄糖有關。具體來說，有大量糖的時候，PHD3對ACC2的修飾會讓脂肪代謝受抑制。但是在糖濃度低時，情況正相反，其他酶會率先在ACC2上做出不同的化學修飾，反過來「關閉」PHD3，從而讓脂肪酸順利進入線粒體。

這一現象在動物身上很快也得到了驗證。研究人員通過16小時的禁食，讓小鼠處於能量不足的狀態。相比正常餵食的小鼠，餓肚子的小鼠，其骨骼肌中PHD3的活性降低，它們對ACC2的化學修飾顯著減少。

▲PHD3通過影響ACC2的化學修飾抑制脂肪酸分解（圖片來源：參考資料[1]）

在全身各處，PHD3表達量在骨骼肌細胞中是最高的。這是不是意味著「關閉」PHD3，尤其可以讓肌肉增加燃燒脂肪的能力，進而帶來增強運動能力的後果呢？

於是，研究團隊接下來開展了一系列耐力運動實驗，訓練小鼠在跑步機上長時間跑步，看看當小鼠骨骼肌中去除了PHD3時會發生什麼。

跑步成績果然大不一樣！相比具有正常PHD3的同齡夥伴，缺乏PHD3的年輕小鼠在跑步機上的運動時間延長了40%，跑步距離增加了50%，也就是說，它們在筋疲力盡之前可以跑得更久、更快。與此同時，測量最大有氧耐力指標來看，缺乏PHD3的小鼠也有更高的最大耗氧率。

「我們的結果表明，從跑步時間和跑步距離來看，抑制全身或骨骼肌中的PHD3對提高運動耐力有好處。」 Haigis教授總結說。

▲去除PHD3的小鼠在跑步機上可以跑得更久、距離更長（圖片來源：參考資料[1]）

這一發現，指出了抑制PHD3 或許是增強運動表現的一種潛在方法，但研究作者同時強調，這種影響需要通過進一步研究來更準確地理解。很重要的一點是，去除PHD3是否會引發其他變化，比如體重減輕、血糖和其他代謝指標，以及是否有任何負面影響，都還是有待研究回答的問題。

Haigis教授表示：「更好地了解PHD3的調節途徑及其潛在機制，或許未來可以解鎖新的應用，比如改善疾病情況中的肌肉功能。」

題圖來源：Pixabay

參考資料

[1] Haejin Yoon et al., (2020) PHD3 Loss Promotes Exercise Capacity and Fat Oxidation in Skeletal Muscle. Cell Metabolism. DOI: 10.1016/j.cmet.2020.06.017

[2] Scientists sound the alarm: Lockdowns may escalate the obesity epidemic. Retrieved Aug. 14 from https://medicalxpress.com/news/2020-08-scientists-alarm-lockdowns-escalate-obesity.html

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