MCT1：骨骼肌乳酸代谢的新“指挥官”
中国科学院上海营养与健康研究所的研究团队揭示了单羧酸转运体1（MCT1）在骨骼肌中乳酸运输的生理功能。MCT1，编码由Slc16a1，被发现调控骨骼肌的线粒体生物合成和运动活动。研究显示，Slc16a1的缺失能促进氧化型肌纤维的生成，增强运动耐力，同时改善代谢表型。这一发现已发表于《科学进展》杂志。
自20世纪80年代，乔治·布鲁克斯教授提出乳酸穿梭理论，指出乳酸作为能量底物，既由依赖糖酵解供能的细胞或组织产生，也被主要利用氧化代谢的细胞或组织消耗。作为人体最大的能量代谢器官，骨骼肌既是乳酸的主要生产者，也是消费者。乳酸在骨骼肌内的运输依赖于MCT家族蛋白，尤其是MCT1和MCT4。早在1998年，科学家就发现MCT1在骨骼肌中的表达与氧化能力呈正相关，而MCT4则与之相反。
哺乳动物的骨骼肌主要由四种不同类型的肌纤维组成，根据肌球蛋白类型和代谢特性，分为氧化型慢缩1型、氧化型快缩2A型、糖酵解型2X和2B型肌纤维。骨骼肌的代谢特性依赖于这四种类型肌纤维的比例。然而，不同肌纤维间乳酸的运输，以及MCT1在不同骨骼肌纤维中的具体分布和功能，之前并未被明确。
本研究观察到MCT1和MCT4在骨骼肌纤维中的具体分布，提出可能存在依赖MCT1和MCT4的“乳酸穿梭”。鉴于MCT1在骨骼肌中表达高于MCT4，研究团队构建了肌肉特异性敲除Slc16a1的动物模型，以探究MCT1介导的肌肉纤维乳酸代谢。结果表明，敲除模型的小鼠运动耐力提高，氧化型肌纤维比例增加，糖酵解型肌纤维比例减少。代谢水平分析和代谢组学结合动物实验显示，敲除模型小鼠的葡萄糖耐受性改善，代谢率提高，骨骼肌中三羧酸循环中的葡萄糖利用增强。
研究者提出乳酸在骨骼肌纤维中的运输依赖于两个乳酸穿梭：“细胞-细胞乳酸穿梭”在肌纤维间，“细胞内乳酸穿梭”在氧化型肌纤维内。通过敲除模型鼠的分析，这一假设得到验证。
研究发现，正常的肌纤维间乳酸运输需要MCT1和MCT4的共同参与。糖酵解型肌纤维产生的乳酸通过MCT4外排，然后被氧化型肌纤维通过MCT1吸收。在氧化型肌纤维内，线粒体也通过MCT1吸收乳酸，乳酸脱氢酶将乳酸转化为丙酮酸，消耗等量的NAD+，使丙酮酸进入三羧酸循环。在骨骼肌中缺乏MCT1，将导致氧化型肌纤维的乳酸吸收和进入线粒体受损，细胞内NAD+水平升高，激活SIRT1，增强PGC-1α的去乙酰化和活性，从而促进线粒体生成和功能，以及氧化型肌纤维的形成，最终改变肌肉表型。
此项研究揭示了乳酸运输在肌肉纤维和细胞水平上的生理作用，不仅验证并细化了布鲁克斯教授的乳酸穿梭理论，还深化了对骨骼肌生理过程的理解，为骨骼肌生理和病理研究提供了新的理论基础。此外，肌纤维类型的转化一直是运动生理学研究的热点，其不同的代谢特性、抗损伤和抗衰老能力，以及对不同运动形式的贡献，为代谢改善、病理损伤和运动生理等领域的研究开辟了新方向。
