乳酸其實(shí)是人體內(nèi)重要的供能物質(zhì)
新研究發(fā)現(xiàn)，乳酸并不是無氧代謝產(chǎn)生的廢物，而是重要的能量載體。
碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪是人體最重要的三大營養(yǎng)素。我們?nèi)粘z入的食物中，這三大營養(yǎng)素經(jīng)過消化系統(tǒng)的分解、吸收和轉(zhuǎn)化，在血液中分別以葡萄糖、氨基酸和酮體的形式存在，并被組織細(xì)胞進(jìn)一步吸收、利用。
在有氧條件下，這三大營養(yǎng)素作為生命的燃料釋放出全部能量的化學(xué)反應(yīng)被稱作三羧酸循環(huán)（TCA, tricarboxylic acid cycle）。這一化學(xué)反應(yīng)不僅是有氧氧化的重要步驟，也是碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪代謝的樞紐。三大營養(yǎng)素經(jīng)過一系列生物化學(xué)反應(yīng)，最終以丙酮酸的形式進(jìn)入三羧酸循環(huán)，最終產(chǎn)生能量和二氧化碳。
在無氧條件下，情況則有所不同。生物課本告訴我們，葡萄糖只能進(jìn)行不完全的氧化，釋放一小部分能量而生成乳酸。而長久以來，乳酸也被看作葡萄糖不充分氧化的產(chǎn)物，血液中乳酸水平的升高通常意味著組織缺氧。在劇烈運(yùn)動、人體組織缺氧的情況下，需氧代謝途徑被抑制，葡萄糖進(jìn)行不充分的氧化分解生成乳酸，血液中的乳酸水平短暫升高；在人體組織嚴(yán)重缺氧的情況下，生成乳酸的代謝途徑變得更活躍，使血液中的乳酸進(jìn)一步升高，這種升高通常標(biāo)志著細(xì)胞氧化過程的全面惡化，并與呼吸增強(qiáng)、虛弱、疲勞、恍惚甚至昏迷相關(guān)聯(lián)。
如今，一項(xiàng)最新研究向這一常識提出了挑戰(zhàn)：乳酸不僅僅是無氧條件下的代謝產(chǎn)物，它很可能在整個龐大的能量代謝體系中扮演了更重要的、我們還不甚了解的角色。
更重要的能量載體
一項(xiàng)發(fā)表在《自然》期刊上的最新研究發(fā)現(xiàn)，乳酸并不僅僅是缺氧情況下的代謝產(chǎn)物，它與葡萄糖、氨基酸和酮體一樣，是關(guān)鍵的能量載體，甚至比以往認(rèn)為的這些主要供能物質(zhì)更為重要。
來自羅格斯癌癥研究所和普林斯頓大學(xué)的研究人員系統(tǒng)地檢測了小鼠血液循環(huán)中不同代謝中間物的水平，以衡量它們在能量供應(yīng)中所占的比例。通過使用13C同位素標(biāo)記法，他們跟蹤了包括乳酸、葡萄糖以及各種氨基酸在內(nèi)的十多種含碳代謝中間物在血液循環(huán)中的流通量。根據(jù)以往的研究，流通量最大的含碳化合物應(yīng)該是葡萄糖，但研究者發(fā)現(xiàn)乳酸居然以2.5倍于葡萄糖的血液流通量位居榜首，這一數(shù)據(jù)同時(shí)是丙酮酸、甘油（脂肪分解的產(chǎn)物之一）以及幾種氨基酸的5倍之多。他們認(rèn)為，這主要是由于以往對血液中含碳化合物流通量的檢測常常局限于對血糖的檢測，而沒有發(fā)現(xiàn)乳酸所占比重之大。
論文通訊作者Joshua Rabinowitz（左）與另一位作者Eileen White
據(jù)此結(jié)果，研究者們提出，乳酸可能是血液循環(huán)中最重要的含碳化合物。為了驗(yàn)證這種假設(shè)，他們給小鼠分別提供了13C同位素標(biāo)記的葡萄糖、谷氨酰胺或乳酸作為碳源。通過比較代謝產(chǎn)物中13C所占的比例和血液循環(huán)中13C所占的比例，研究人員可以跟蹤某一種碳源參與的生化反應(yīng)。
研究人員分別對正常喂食和禁食狀態(tài)下的小鼠進(jìn)行了試驗(yàn)。在禁食狀態(tài)下，除大腦以葡萄糖作為主要能源物質(zhì)以外，其他組織細(xì)胞中參與三羧酸循環(huán)的葡萄糖幾乎為零，而乳酸和谷氨酰胺中13C的總量在三羧酸循環(huán)的含碳化合物中占了一半。進(jìn)一步建模分析發(fā)現(xiàn)，禁食狀態(tài)下大多數(shù)葡萄糖通過轉(zhuǎn)化為乳酸的形式參與三羧酸循環(huán)。而在正常喂食的情況下，由于胰島素的存在，肌肉組織中參與三羧酸循環(huán)的葡萄糖增加到與乳酸同樣多，其他組織中葡萄糖依然以先轉(zhuǎn)化為乳酸再參與三羧酸循環(huán)的形式供能。這表明，乳酸才是三羧酸循環(huán)最主要的能量來源物質(zhì)。
隨后，研究人員通過基因工程讓三組小鼠分別患上兩種肺癌和一種胰腺癌。對患癌小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，對于兩種肺癌，乳酸都是癌細(xì)胞三羧酸循環(huán)最重要的直接營養(yǎng)來源。而且在這三種癌癥中，葡萄糖都很少作為直接的營養(yǎng)來源出現(xiàn)。
改寫課本的發(fā)現(xiàn)
以往的生物化學(xué)知識告訴我們，肌肉組織在缺氧時(shí)產(chǎn)生乳酸，隨后這些乳酸進(jìn)入血液循環(huán)，并在肝臟中通過糖異生作用轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟恰?/p>
乳酸參與三羧酸循環(huán)的示意圖
但根據(jù)本研究的最新成果，研究者們發(fā)現(xiàn)乳酸可以作為組織內(nèi)和組織間互相傳遞的重要能源物質(zhì)。甚至葡萄糖進(jìn)入三羧酸循環(huán)的主要方式都是先轉(zhuǎn)化為乳酸。這提示我們，乳酸很可能在生物體的整個能量代謝過程中發(fā)揮了更重要的作用。這為今后糖尿病及其他能量代謝相關(guān)疾病的研究提供了新的思路，臨床上可能也需要重新評估血乳酸水平檢測的意義。
這一結(jié)論對于癌癥的研究也具有重要意義。我們在研究癌細(xì)胞對營養(yǎng)物質(zhì)的利用方式時(shí)，主要是基于對癌細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)室體外培養(yǎng)。然而，根據(jù)這一結(jié)論，研究人員此前“喂”給癌細(xì)胞的營養(yǎng)物質(zhì)（通常是葡萄糖），很可能并不是它們真正從血液中獲取的營養(yǎng)形式。因此，基于此開展的癌細(xì)胞代謝研究也與實(shí)際情況存在差異?！拔覀兒荏@訝地發(fā)現(xiàn)，通常被看作代謝廢物的乳酸，其實(shí)才是幾種極具攻擊性的癌癥的主要營養(yǎng)來源?！闭撐淖髡咴诮邮車饷襟w采訪時(shí)談到。
論文作者表示，相較于在人造條件下培養(yǎng)癌細(xì)胞，了解它們在體內(nèi)真正的代謝過程有助于我們找到癌細(xì)胞的弱點(diǎn)，從而最終找出攻克癌癥的方法。
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