研究發現缺乏特定酵素,會加速身體燃燒脂肪並增加運動耐力

作者 | 發布日期 2020 年 09 月 05 日 0:00 | 分類 生物科技 Telegram share ! follow us in feedly


人們基於各種理由運動,比如燃燒脂肪、提升身體機能極限等,最近美國哈佛大學(Harvard University)一篇新研究顯示,上述情況都與一種特定的身體機制有關,試驗結果表明,缺乏特定酵素的小鼠會大幅提升運動耐力與脂肪燃燒的能力。

身體內大部分細胞都是使用醣類做為能量來源,但當醣類耗盡時,身體便會使用脂肪做為替代能源。致力於開發肥胖治療方法、並想了解運動生理影響的科學家們,對代謝機制如何運作、以及細胞為何在不同時間會利用不同能量來源的現象很感興趣。

為了尋找問題答案,哈佛團隊著手研究脯胺酸羥化酶 3(prolyl hydroxylase 3,PHD3)的功能。在先前研究中,科學家發現 PHD3 在某些癌症中參與調節脂肪代謝,於是他們利用經過改造的乙醯輔酶 A 羧化酶 2(acetyl-CoA carboxylase 2,ACC2)阻斷脂肪酸代謝,使脂肪無法轉換成能源。

為了進一步研究 PHD3 在癌症中扮演的角色,研究團隊分離在富含糖環境中生長的小鼠細胞,之後觀察 PHD3 如何改變 ACC2 以抑制脂肪代謝。研究團隊隨後在低糖環境中重複此試驗,結果發現換成單磷酸腺苷活化蛋白質激酶(adenosine monophosphate-activated protein kinase,AMPK)發揮作用,AMPK 會抵銷 ACC2 的化學修飾,因此脂肪酸能夠進入細胞,並且成為細胞的能量來源。

研究團隊接續做小鼠活體試驗,他們先讓小鼠絕食一段時間以重現先前試驗的低糖環境,發現小鼠缺乏能量會導致在心臟和骨骼肌中被化學修飾的 ACC2 減少,同時使 AMPK 的修飾增加。

在另一個試驗中,研究團隊想知道如果將 PHD3 完全移除,情況會如何發展。於是科學家們改造出不會表達 PHD3 的小鼠,並讓牠們接受一系列運動耐力測試。

本研究資深作者 Marcia Haigis 表示:「我們想知道如果剔除小鼠的 PHD3 基因,是否會增加脂肪的燃燒能力並提升能量,同時還能對依賴能量來鍛鍊肌肉、提升運動能力的骨骼肌有正面影響。」

與控制組相比,缺乏 PHD3 的小鼠持續跑步的時間可以多出 40%,跑步距離則可以多出 50%;最大攝氧量是耗氧速率和有氧耐力的指標,而缺乏 PHD3 小鼠的最大攝氧量亦有明顯提升。分析試驗結果顯示在經過幾回合運動之後,缺乏 PHD3 的小鼠脂肪代謝率增加,且出現不同的代謝情況。

接著研究團隊取來其他部位正常表現 PHD3、僅在骨骼肌中缺乏 PHD3 的小鼠,發現這些小鼠在運動中與前一個試驗有相似結果,代表若使骨骼肌不表達 PHD3,便能有效提升運動表現。

Haigis 教授表示:「很興奮可以看到肌肉細胞剔除 PHD3 基因的小鼠其運動耐力有戲劇性改變,而且這種 PHD3 缺失的影響很穩定、可重複操作。」

此研究幫助我們更理解身體在運動耗能過程中如何運作,同時為新領域開啟一條路,接下來需探索 PHD3 的運作機制以及抑制 PHD3 是否會有副作用產生,以便未來應用於人體臨床、也可能成為治療肌肉相關疾病的新療法。此研究發表在《細胞代謝》(Cell Metabolism)期刊。

(首圖來源:shutterstock)

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