Nature颠覆性发现：乳酸可通过捷径直接进入线粒体，为心脏供能

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

乳酸（Lactate）在人体血液中含量丰富，对全身代谢至关重要。尽管它已被研究了 200 多年，但关于细胞如何处理这种分子仍存在争议。其中一个长期争论的问题是：乳酸中的碳原子通过何种机制进入线粒体，以驱动能量载体 ATP 分子的生成。

传统观点认为，乳酸的氧化始于细胞质中乳酸脱氢酶（LDH）将乳酸转化为丙酮酸，随后丙酮酸必须通过由 Mpc1 和 Mpc2 编码的异源二聚体线粒体丙酮酸载体（MPC）转运进入线粒体。

2026 年 10 月 28 日，犹他大学的研究人员在国际顶尖学术期刊Nature上发表了题为：MCT1-dependent mitochondrial lactate import sustains cardiac metabolism 的研究论文。

该研究颠覆了乳酸转运的主流观点，证实了乳酸可通过一条捷径——通过 MCT1 直接转运到线粒体中，为心脏“燃烧”供能，而不必先在细胞质中被转化为丙酮酸后再由线粒体丙酮酸载体（MPC）转运到线粒体。这条代谢捷径对于应激压力状态下的心脏供能至关重要。

研究团队表示，心脏是人体最劳累的器官，无论体内能量储备如何，它都持续不断地跳动。该研究中发现的乳酸进入心肌线粒体的捷径，作为心脏功能的关键备用系统，在正常情况下似乎可有可无，但在心脏承受应激压力时，对于预防心力衰竭至关重要。

乳酸（Lactate）于 1780 年被发现是酸牛奶的成分，因此得名。它也广泛存在于发酵食品和饮料中。1800 年代世纪的一些开创性实验表明，骨骼肌在运动时会产生乳酸，并且在严重疾病期间乳酸会在血液中积累。 1920 年代的研究发现，当氧气含量较低时，乳酸的生成更易发生。这些研究导致了一种普遍观点——乳酸是糖酵解（葡萄糖分解过程）产生的废物，由局部缺氧驱动，并可能参与导致肌肉疲劳。

过去几十年的研究揭示了乳酸更为复杂的生理作用。即使在没有运动或疾病的情况下，血浆中的乳酸浓度也较高（约为 1 毫摩尔）。此外，乳酸在血浆中的代谢周转速度比其他任何大量存在的代谢分子都要快。实际上，全身各组织都在持续地将葡萄糖发酵，并将乳酸分泌到血浆中。那么，这些乳酸最终都去向何方？大部分乳酸要么在肝脏和肾脏中重新转化为糖类，要么在线粒体中被完全氧化为二氧化碳和水（这一过程被称为呼吸作用），以维持 ATP 的生成。

人类的心脏代谢活跃，能够迅速氧化乳酸。在剧烈运动期间，乳酸甚至可能成为心脏的主要能量来源，取代通常占主导地位的脂肪酸。所有“燃料”的氧化最终都发生在线粒体中，但乳酸是如何进入线粒体的呢？

长期以来的观点认为，乳酸在细胞质中被乳酸脱氢酶（LDH）催化氧化生成丙酮酸。丙酮酸随后被线粒体丙酮酸载体（MPC）转运到线粒体，然后进入三羧酸循环（TCA），这一过程完成氧化并生成二氧化碳，同时产生大量 NADH，这些 NADH 用于驱动电子传递链（即大量 ATP 生成的机制）。

令人惊讶的是，最近几年的研究显示，在实验中敲除小鼠心脏的 MPC 表达后，其后果相对轻微。此外，碳同位素追踪显示，即使在完全缺乏 MPC 的情况下，碳源仍能进入心肌线粒体并参与三羧酸循环。这表明存在一条不依赖 MPC 的途径，使丙酮酸的碳源能够进入线粒体。

在这项最新研究中，研究团队证实，即使在基因敲除 MPC 的情况下，小鼠心肌仍能氧化葡萄糖来源的碳。通过遗传学和药理学手段，研究团队发现并证明了乳酸单羧酸转运蛋白-1（MCT1，由 Slc16a1 基因编码）对于 MPC 缺失的心肌氧化葡萄糖碳至关重要。

研究团队进一步观察到，传统上认为定位于质膜的 MCT1，实际上也存在于小鼠和人类心肌细胞的线粒体内膜（IMM）上。MCT1 与基质中的乳酸脱氢酶B（LDHB）协同作用，使线粒体将乳酸转化为丙酮酸和 NADH，直接为电子传递链提供能量。MCT1 的缺失，会损害乳酸的氧化，破坏代谢灵活性，并在神经激素轴过度激活或缺血-再灌注损伤后加速心力衰竭的发展，导致死亡率升高。

也就是说，在心脏中，乳酸可以通过传统的路径——由 MCT1 转运到细胞质，在细胞质中被转化为丙酮酸，丙酮酸由 MPC 转运到线粒体中；也可以走另一条捷径——由 MCT1 转运到细胞质，再由 MCT1 直接转运到线粒体中。这条代谢捷径对于应激状态下的心脏供能至关重要。

线粒体中颠覆传统认知的乳酸代谢机制

总的来说，该研究表明，存在一条基于乳酸的并行碳水化合物氧化途径，可在多种应激压力条件下维持心脏能量代谢，并保持心肌的结构和功能。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-11182-3