與居住在海平面的人相比，全世界有200萬人居住在海拔4500米或更高的地方（相當於雷尼爾山、惠特尼山以及科羅拉多州和阿拉斯加的各種山峰的高度），其代謝疾病的發病率較低，如糖尿病、冠狀動脈疾病、高膽固醇血症和肥胖症。

格萊斯頓研究所Isha Jain實驗室的一個科學家團隊展示了長期的低氧水平，如在海拔4500米的地方所經歷的低氧水平，是如何重新調整小鼠燃燒糖和脂肪的方式。資料來源：邁克爾-肖特/格拉德斯通研究所

格拉德斯通研究所的研究人員現在已經闡明了這一耐人尋味的現象。通過他們的研究，他們證明了長期的低氧水平，如在高海拔地區遇到的那些，是如何改變小鼠燃燒糖和脂肪的方式。該研究結果發表在《細胞代謝》雜誌上，不僅提供了對居住在高海拔地區的個體的代謝差異的見解，而且還為開發新的代謝疾病治療方法鋪平了道路。

“當一個有機體暴露在長期低水平的氧氣中時，我們發現不同的器官會以不同的方式重新調整它們的燃料來源和能量產生途徑，”新研究的資深作者、格拉德斯通助理研究員Isha Jain博士說。”我們希望這些發現將幫助我們確定即使在低氧環境之外也可能對新陳代謝有益的代謝開關”。

模仿高海拔生活

在海平面附近，世界上三分之一的人口生活在那裡，氧氣占我們呼吸的空氣的大約21%。但是生活在4500米以上的人，氧氣只佔空氣的11%，他們可以適應氧氣的短缺，也就是所謂的缺氧，並且不影響成長。

研究缺氧影響的研究人員通常在孤立的細胞或癌症腫瘤內進行研究，這些細胞通常缺乏氧氣。詹恩的研究小組希望更細緻地觀察長期缺氧如何影響整個身體的器官。

Jain實驗室的研究生、新論文的第一作者Ayush Midha說：”我們想分析生物體適應缺氧時發生的代謝變化。我們認為這可能會提供一些關於這種適應如何防止代謝性疾病的見解。”

Midha、Jain和他們在格拉德斯通和加州大學舊金山分校（UCSF）的同事將成年小鼠安置在含有21%、11%或8%氧氣的壓力室中–所有這些水平都是人類和小鼠能夠生存的。在三週內，他們觀察了動物的行為，監測它們的溫度、二氧化碳水平和血糖，並使用正電子發射斷層掃描（PET）來研究不同器官是如何消耗營養物質的。

重新分配能量

在缺氧的頭幾天，生活在11%或8%的氧氣中的小鼠移動較少，花幾個小時完全不動。然而，到第三週結束時，它們的運動模式已經恢復正常。同樣，血液中的二氧化碳水平–當小鼠或人類加快呼吸以試圖獲得更多氧氣時，二氧化碳水平會下降–最初會下降，但在3週結束時恢復到正常水平。

然而，動物的新陳代謝似乎因缺氧而發生更持久的改變。對於住在缺氧籠子裡的動物，血糖水平和體重都下降了，而且都沒有恢復到缺氧前的水平。一般來說，這些更持久的變化反映了在生活在高海拔地區的人類身上所看到的情況。

當研究人員分析每個器官的PET掃描時，他們也發現了持久的變化。為了代謝脂肪酸（脂肪的組成部分）和氨基酸（蛋白質的組成部分），身體需要高水平的氧氣，而代謝醣類葡萄糖則需要較少的氧氣。在大多數器官中，缺氧導致了葡萄糖代謝的增加–這是對氧氣短缺的預期反應。但科學家們發現，在棕色脂肪和骨骼肌–這兩個已經以其高水平的葡萄糖代謝而聞名的器官中，葡萄糖的消耗水平反而下降了。

“在這項研究之前，該領域的假設是，在缺氧條件下，你的整個身體的新陳代謝在使用氧氣方面變得更加有效，這意味著它燃燒更多的葡萄糖，減少脂肪酸和氨基酸，”加州大學舊金山分校生物化學系的助理教授Jain說。”我們的研究表明，雖然一些器官確實在消耗更多的葡萄糖，但其他器官反而成為葡萄糖的拯救者。”回過頭來看，以前研究的孤立細胞不需要為節省葡萄糖而做出取捨，而整個動物為了生存，則需要這樣做。

在小鼠身上看到的長期缺氧的持久影響，包括較低的體重和葡萄糖水平都與人類疾病的低風險有關，包括心血管疾病。了解缺氧是如何促成這些變化的，可能會產生模仿這些變化的新藥物。