Chen Yan ir prof. Yang Lifeng iš Kinijos mokslų akademijos Šanchajaus mitybos ir sveikatos instituto vadovaujama tyrimų grupė atskleidė fiziologinę monokarboksilato transporterio 1 (MCT1) funkciją tarpininkaujant tarpląsteliniam ir ekstraląsteliniam laktato transportavimui skeleto raumenyse. .
Komanda nustatė, kad MCT1 reguliuoja skeleto raumenų mitochondrijų biogenezę ir pratimų aktyvumą, o MCT1 geno ištrynimas skatina oksidacinių raumenų skaidulų gamybą, didina pratimų ištvermę ir pagerina medžiagų apykaitos fenotipus. Šis tyrimas buvo paskelbtas m Mokslo pažanga.
Devintajame dešimtmetyje profesorius George'as Brooksas pasiūlė „laktato šaudyklų“ teoriją, teigiančią, kad laktatas yra energijos substratas, kurį gamina ląstelės arba audiniai, kurių energija daugiausia priklauso nuo glikolizės, tačiau suvartojama ląstelių ar audinių, daugiausia naudojant oksidacinį metabolizmą.
Skeleto raumenys, kaip didžiausias energijos apykaitos organas, yra pagrindinis laktato gamintojas ir vartotojas. Laktato pernešimas į skeleto raumenis priklauso nuo MCT baltymų šeimos, ypač MCT1 ir MCT4.
Dar 1998 metais mokslininkai atrado, kad MCT1 ekspresija skeleto raumenyse teigiamai koreliuoja su jo oksidaciniu pajėgumu, o MCT4 rodo neigiamą koreliaciją.
Žinduolių skeleto raumuo daugiausia susideda iš keturių skirtingų tipų raumenų skaidulų, sudarytų iš skirtingų miozino tipų ir medžiagų apykaitos savybių. Šios raumenų skaidulos apima oksidacines lėto trūkčiojimo 1 tipo skaidulas, oksidacines greitai susitraukiančias 2A tipo skaidulas ir glikolitines 2X ir 2B tipo skaidulas.
Skeleto raumenų metabolinės savybės priklauso nuo šių keturių rūšių raumenų skaidulų proporcijos. Kuo didesnė oksidacinių raumenų skaidulų dalis, tuo stipresnis skeleto raumenų oksidacinis metabolinis pajėgumas ir atvirkščiai.
Tačiau laktato transportavimas tarp skirtingų raumenų skaidulų tipų, taip pat specifinis MCT1 pasiskirstymas ir funkcija skirtingų tipų skeleto raumenų skaidulose dar nėra aiškiai išaiškintas.
Šiame tyrime mokslininkai stebėjo specifinį monokarboksilato transporterių MCT1 ir MCT4 pasiskirstymą skeleto raumenų skaidulose, o tai rodo, kad tarp raumenų skaidulų gali egzistuoti „laktato šaulys“, priklausantis nuo MCT1 ir MCT4.
Atsižvelgiant į didesnę MCT1 ekspresiją, palyginti su MCT4, skeleto raumenyse, mokslininkai sukūrė gyvūnų modelį su specifiniu MCT1 (mKO) išmušimu, kad ištirtų MCT1 sukeltą laktato metabolizmą raumenų skaidulose.
Jie nustatė, kad mKO pelėms pagerėjo pratimų ištvermė, padidėjo oksidacinių raumenų skaidulų dalis ir sumažėjo glikolitinių raumenų skaidulų dalis.
Metabolizmo lygiu jie nustatė, kad mKO pelėms pagerėjo gliukozės tolerancija, padidėjo medžiagų apykaitos greitis ir pagerėjo gliukozės panaudojimas trikarboksirūgšties (TCA) cikle skeleto raumenyse, naudojant medžiagų apykaitos srauto analizę ir metabolomiką kartu su eksperimentais su gyvūnais.
Mechaniškai mokslininkai pasiūlė, kad laktato pernešimas skeleto raumenų skaidulose priklausytų nuo dviejų šaudyklų – „ląstelių-ląstelių laktato maršruto“ tarp raumenų skaidulų ir „laktato tarpląstelinio transportavimo“ oksidacinių raumenų skaidulų viduje. Ši hipotezė buvo patvirtinta atliekant analizę su mKO pelėmis.
Tyrėjai nustatė, kad normalus laktato pernešimas tarp raumenų skaidulų priklausė nuo bendro MCT1 ir MCT4 dalyvavimo. Glikolitinėse raumenų skaidulose pagamintas laktatas buvo pernešamas tarpląsteliniu būdu per MCT4, o po to per MCT1 jį paėmė oksidacinės raumenų skaidulos.
Oksidacinėse raumenų skaidulose mitochondrijos taip pat pasisavina laktatą per MCT1, kur mitochondrijų laktato dehidrogenazė pavertė laktatą piruvatu, sunaudodama lygiavertį NAD+ kiekį, leisdama piruvatui patekti į TCA ciklą. Nesant MCT1 skeleto raumenyse, buvo sutrikęs tiek laktato įsisavinimas oksidacinėse raumenų skaidulose, tiek jo patekimas į mitochondrijas, todėl padidėjo tarpląstelinis NAD+ lygis.
Tai padidino SIRT1, nuo NAD + priklausomos deacetilazės, aktyvumą, padidindama PGC-1α deacetilinimą ir aktyvumą. Vėliau padidėjo oksidacinis raumenų skaidulų susidarymas ir mitochondrijų biogenezė, taip pat jų aktyvumas ir funkcija, todėl raumenų funkcijos pasikeitė.
Šis tyrimas atskleidė fiziologinius laktato transportavimo vaidmenis raumenų skaidulų ir ląstelių lygiu. Tai ne tik patvirtino ir patobulino prof. George'o Brookso „laktato šaudyklų“ teoriją, bet ir atskleidė griaučių raumenų fiziologinius procesus, suteikdamas naują teorinį pagrindą skeleto raumenų fiziologijos ir patologijos tyrimams.
Be to, skeleto raumenų skaidulų tipų konversija jau seniai buvo pratimų fiziologijos tyrimų taškas. Atsižvelgiant į skirtingas raumenų skaidulų tipų medžiagų apykaitos ypatybes ir skirtingą atsparumą pažeidimams ir senėjimui, taip pat į jų indėlį į skirtingas pratimų formas, šis tyrimas pasiūlė naują medžiagų apykaitos pagerėjimo, patologinės žalos ir mankštos fiziologijos tyrimų kryptį.