作为人类，我们似乎天生就会追求身体极限。无论是跑步，游泳还是骑自行车，我们都在不断超越自我。但是，尽我们所能尝试，人体有其局限性。在一项开创性的新研究中，哈佛大学的科学家发现了一种酶，该酶似乎决定了我们身体机能的极限。值得注意的是，阻断这种酶可增加小鼠的脂肪代谢和运动耐力。
所有能量的来源：碳水化合物，脂肪和蛋白质
我们的身体依靠三种主要营养素：碳水化合物，脂肪和蛋白质。当我们消耗碳水化合物时，我们的消化系统会将其分解为糖（葡萄糖），并进入我们的血液。随着血糖水平的升高，我们的胰腺会产生胰岛素，从而触发我们的细胞吸收葡萄糖。葡萄糖然后可以用作能量来源或储存以备后用。
葡萄糖以糖原的形式储存在我们的肌肉和肝脏中。当我们需要更多能量时，我们的细胞将糖原分解为葡萄糖，而我们的肌肉可以利用葡萄糖来获取能量。尽管糖原可以迅速分解成快速的能量来源，但我们的身体只能储存那么多能量。通常，我们只能储存大约2,000卡路里的足够的糖原-这等于大约90至120分钟的持续剧烈运动。
幸运的是，我们的身体还可以利用其他营养来源获取能量。这就是脂肪的来源。尽管脂肪通常被视为一种有害的营养素（尤其是在节食者中），但它们在能量代谢中起着至关重要的作用。
脂肪在许多重要方面不同于碳水化合物作为能源。首先，脂肪是比碳水化合物或蛋白质更集中的能源。碳水化合物和蛋白质每克仅提供约4卡路里的热量，而脂肪每克仅提供约9卡路里的热量。第二，与碳水化合物不同，我们的身体可以在脂肪组织和肌肉中以甘油三酸酯的形式储存大量脂肪。最后，脂肪转化成能量所需的时间比碳水化合物长。这使脂肪成为长期的重要能量来源，但对于快速，高强度的运动却不太理想。
我们的身体如何确定是使用碳水化合物还是脂肪作为燃料？
碳水化合物和脂肪均可在运动中使用，两者之间的平衡取决于几个因素。一个人最近的饮食，他们的身体状况史，运动的持续时间和强度都会影响碳水化合物和脂肪用作燃料的方式和时间。
因为我们的身体可以储存大量的脂肪，并且脂肪分解的速度比碳水化合物分解速度慢，所以脂肪是耐力运动的关键因素。确实，耐力运动训练会改变我们的新陈代谢，从而增加骨骼肌分解脂肪的能量。
改变能量代谢的平衡以增强耐力
如果耐力训练增加了我们分解脂肪获取能量的能力，并且脂肪提供了持久而丰富的能量来源，那么我们是否可以通过增强肌肉燃烧脂肪来增强运动耐力？
确实，这正是哈佛大学的科学家在小鼠中证明的。在8月4日的《细胞代谢》杂志上发表的这项研究中，研究人员发现一种称为脯氨酰羟化酶3（PHD3）的酶可以阻止肌肉细胞中的脂肪分解。当这种酶被阻滞并释放制动时，脂肪燃烧和耐力运动能力就会增强。
研究小组在研究癌症中的脂肪代谢时偶然发现了PHD3。在他们以前的工作中，他们发现PHD3在某些类型的癌症中异常低，包括急性髓细胞性白血病（AML）。他们还发现，在正常情况下，PHD3参与最终阻止脂肪酸进入线粒体的途径。线粒体是其中脂肪酸被分解以产生能量的细胞结构。
他们还发现，在正常情况下，PHD3会修饰一种称为ACC2的酶，该酶会产生代谢物（丙二酰辅酶A），该代谢产物可抑制线粒体上的脂肪酸转运蛋白。总体而言，这阻止了脂肪酸被用作燃料来源。
首席研究员玛西娅·海吉斯（Marcia Haigis）告诉BioSpace：“我们先前发现PHD3可以调节部分癌症（AML）中的线粒体脂肪酸氧化。” “具体地说，PHD3表达的降低预示着一部分AML癌症将依靠脂肪酸氧化来促进其生长和存活。线粒体在包括肌肉功能在内的许多生理学中起着核心作用，我们想知道这种机制在急性应激挑战期间是否对肌肉功能很重要。”
他们的发现为癌症疗法开辟了新的可能性，这些疗法可能会作用于PHD3，从而剥夺肿瘤的燃料来源。
研究人员在最近的工作中表明，PHD3和另一种酶AMPK控制着葡萄糖和脂肪消耗之间的平衡。他们还表明，这种平衡取决于可利用的葡萄糖量。当葡萄糖丰富时，PHD3会以抑制脂肪分解的方式修饰ACC2。当葡萄糖不足时，AMPK会以相反的方式修饰ACC2，从而抑制PHD3并允许脂肪酸用作燃料。
尽管他们的最初发现是基于培养中的细胞，但研究人员还证实了他们在活小鼠中的发现。他们首先禁食小鼠以诱导葡萄糖缺乏状态。当他们这样做时，他们发现ACC2的PHD3修饰较低，ACC2的AMPK修饰较高，这与他们从细胞中发现的结果一致。
研究人员还想知道如果他们阻止PHD3在小鼠中正常运行，将会发生什么。为此，他们训练了缺少PHD3的转基因小鼠在跑步机上跑步。他们发现，没有PHD3的小鼠比具有正常PHD3水平的小鼠可以更长更长时间地运行。当他们仅在骨骼肌中删除PHD3时，他们还发现了相同程度的运动增强，表明骨骼肌中的PHD3活性是运动耐力的关键驱动力。
尽管这些发现很有希望，但仍需要进行更多的研究来了解阻断PHD3如何增强运动耐力的具体细节，以及阻断PHD3是否有负面影响。
将来，研究人员计划继续研究PHD3在脂肪酸代谢中的作用。
Haigis说：“在接下来的步骤中，我们很好奇要了解更多有关PHD3功能如何机械影响ACC2酶调节代谢活性的信息。” “我们还在努力了解PHD3功能的丧失如何影响肌肉功能障碍疾病模型的结果。”