日本东北大学研究生院医学系研究科的金子庆三讲师、堀内嵩弘特任研究员以及片桐秀树教授等人组成的研究团队宣布，肝脏在不同强度的运动下进行糖异生时所使用的基质存在差异。在小鼠实验里，研究团队发现小鼠进行轻度运动时，肝脏会以甘油作为基质进行糖异生；而进行剧烈运动时，肝脏则会以乳酸为底物进行糖异生，这种机制有助于机体持续进行运动。这一研究成果被认为有望助力提升运动表现，并为开发肥胖和肌少症的预防与治疗方法提供新方向。相关研究成果已发表在《Nature Metabolism》的9月18日刊上。
图1 根据运动强度调节甘油或乳酸的糖异生，可用于提升运动能力，预防和治疗肥胖与肌少症。（供图：东北大学）
动物体内存在维持血糖值恒定的调节机制。除了通过饮食摄入的碳水化合物分解产生葡萄糖外，当处于空腹状态或在运动过程中能量消耗急剧增加时，肝脏会利用体内的基质进行糖异生。运动中糖异生的典型基质有两种：一是由肌肉活动产生的乳酸；二是由脂肪分解产生的甘油，但此前一直未能明确这两种基质在不同条件下所起的作用。
此次研究团队对运动中肝脏使用哪种基质，以及利用这些基质进行糖异生的方式展开了调查。
研究人员让小鼠在跑步机上分别缓慢奔跑和快速奔跑。与处于静息状态的小鼠相比，缓慢奔跑的小鼠血液中甘油浓度上升；而快速奔跑的小鼠血液中，乳酸浓度上升。这表明在不同强度的运动中，肝脏可能会选用不同的基质进行糖异生。
为验证上述发现，研究团队通过基因干预，成功培育出两种基因改造小鼠：一种是无法利用甘油进行糖异生的“甘油糖异生缺失小鼠”；另一种是无法借助乳酸进行糖异生的“乳酸糖异生缺失小鼠”，并让这两种小鼠分别进行两种不同强度的运动。
结果发现，甘油糖异生缺失小鼠进行慢跑运动，以及乳酸糖异生缺失小鼠进行快跑运动时，它们的可持续跑动的时长均显著缩短。这表明在运动过程中，肝脏会依据运动强度来选择不同的基质，剧烈运动时产生乳酸，轻度运动时产生甘油。
另一方面，当让甘油糖异生缺失小鼠进行快跑，以及让乳酸糖异生缺失小鼠进行慢跑时，二者的可持续跑动时长反而有所延长。
研究团队认为，若能揭示该机制，或许能够提升运动能力，因此对代谢过程展开了进一步解析。
研究人员着重关注了促进代谢流动的氧化还原循环，即NAD+被还原成NADH，再由NADH还原为NAD+。然后，探讨了通过甘油或乳酸其中一方的代谢途径受到抑制时，NAD+会集中供应至另一方的代谢途径，从而提升运动能力的可能性。为验证这一假设，研究团队在未进行任何基因干预的普通小鼠的肝脏上增加了NAD+的含量。
当这些未接受基因干预的普通小鼠进行慢跑时，它们的可持续跑动时长增加了50%；而当进行快跑时，可持续跑动时长提升了40%。也就是说，无论运动强度是如何，小鼠的运动能力均得到了显著提升，且效果甚至超越了已知的训练所带来的效应。这表明未来或许能够通过以肝脏为靶点的干预方式来提升运动能力。
未来，研究团队将进一步致力于阐明生物体究竟是通过何种机制来切换不同基质的，并开发既能提升运动表现，又能预防肥胖和肌少症的新方法。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Nature Metabolism
论文：Redox-dependent liver gluconeogenesis impacts different-intensity exercise in mice
DOI：10.1038/s42255-025-01373-z
