Лактат помогает сердцу выдерживать стресс — учёные раскрыли скрытый механизм

Исследование в Nature показало, как сердечная мышца использует дополнительный путь получения энергии, особенно важный при повреждении сердца

Сердце не может позволить себе энергетический перерыв. Оно сокращается непрерывно, расходуя огромное количество АТФ — молекулы, обеспечивающей энергией практически все процессы в клетке. При этом доступность различных источников энергии постоянно меняется: после еды, во время физических нагрузок, при голодании или болезни.

Чтобы справляться с этими изменениями, сердечная мышца умеет использовать несколько видов топлива. Среди них жирные кислоты, глюкоза, кетоновые тела и лактат.

Но именно одновременное использование глюкозы и лактата долго оставалось биохимической загадкой.

28 октября 2026 года международная группа исследователей под руководством учёных University of Utah Health опубликовала в журнале Nature работу, которая предлагает её решение.

Лактат и сердце: почему привычное представление об отходах метаболизма устарело

Слово «лактат» знакомо многим благодаря спорту. При интенсивной физической нагрузке его концентрация в крови повышается, поэтому вещество нередко связывают с мышечным утомлением и неприятными ощущениями после тренировки.

Однако лактат давно перестал считаться бесполезным конечным продуктом обмена веществ.

Он образуется при превращении пирувата — одного из продуктов расщепления глюкозы. Эта реакция помогает клетке восстанавливать запас NAD+, молекулы, необходимой для продолжения гликолиза — процесса получения энергии из глюкозы.

Образовавшийся лактат может покинуть клетку, попасть в кровь и использоваться другими тканями. Особенно активно его потребляют сердце, скелетные мышцы и почки.

Более того, отсроченная мышечная болезненность, возникающая через день после непривычной нагрузки, не объясняется накоплением лактата. Она связана преимущественно с реакцией мышечной ткани на механическую нагрузку и микроповреждения.

Таким образом, представление о лактате как об энергетическом ресурсе известно физиологам уже несколько десятилетий.

Новое исследование посвящено другому вопросу: каким именно путём сердце использует этот ресурс и почему без него орган становится уязвимее.

Два источника энергии, которые должны были мешать друг другу

Чтобы понять открытие, необходимо представить устройство клетки.

Основная часть клетки вне ядра называется цитоплазмой. Именно здесь начинается расщепление глюкозы. В результате образуется пируват, который может поступать в митохондрии.

Митохондрии — внутриклеточные структуры, где происходит основная часть производства АТФ за счёт окисления питательных веществ.

Для попадания пирувата внутрь митохондрий существует специальный транспортный комплекс MPC.

Согласно традиционной модели, использование лактата тоже зависит от этого комплекса. Сначала лактат должен превратиться обратно в пируват в цитоплазме, а затем пройти через MPC.

Проблема заключается в том, что превращение лактата в пируват требует NAD+, который одновременно необходим для расщепления глюкозы.

Получается биохимическая конкуренция: чем активнее клетка окисляет лактат в цитоплазме, тем сложнее поддерживать интенсивное использование глюкозы через тот же метаболический механизм.

Но сердце способно одновременно эффективно использовать оба вещества.

Как ему удаётся избежать этого противоречия?

MCT1 — дополнительный вход в энергетическую систему сердца

Исследователи обнаружили, что сердечная мышца располагает ещё одним механизмом поступления углеводного топлива в митохондрии.

Его ключевой участник — транспортный белок MCT1.

Ранее MCT1 был известен прежде всего как переносчик лактата через наружную клеточную мембрану, отделяющую клетку от окружающей среды.

Новая работа показала, что этот белок также находится во внутренней мембране митохондрий кардиомиоцитов — клеток сердечной мышцы.

Это принципиально меняет схему использования лактата.

Вместо обязательного превращения в пируват ещё в цитоплазме лактат может непосредственно поступать внутрь митохондрии через MCT1.

Там работает фермент LDHB — одна из форм лактатдегидрогеназы. Он превращает лактат в пируват, одновременно образуя NADH.

NADH переносит электроны, которые затем используются митохондриальной дыхательной цепью для производства АТФ.

Проще говоря, лактат не просто доставляет в митохондрию углеродное топливо. Его превращение в пируват уже внутри митохондрии дополнительно обеспечивает энергетическую систему электронами.

А главное — реакции использования глюкозы и лактата оказываются пространственно разделены.

Гликолиз продолжается в цитоплазме, а окисление лактата может происходить внутри митохондрий, не создавая прежней конкуренции за один и тот же цитоплазматический запас NAD+.

Именно это разделение помогает объяснить необычную метаболическую гибкость сердечной мышцы.

Как учёные доказали существование второго маршрута

Авторы использовали несколько независимых экспериментальных подходов.

Сначала они изучили мышей, у которых в сердечной мышце был генетически отключён MPC1 — компонент обычной системы транспорта пирувата в митохондрии.

Согласно традиционной модели, такое вмешательство должно было существенно ограничить поступление продуктов обмена глюкозы в митохондриальные энергетические циклы.

Однако исследователи обнаружили неожиданное: углерод, происходящий из глюкозы, продолжал активно участвовать в митохондриальном обмене.

Для отслеживания его движения использовали глюкозу и лактат, меченные стабильным изотопом углерода 13C. Это позволило определить, какие молекулы попадали в промежуточные продукты энергетических реакций.

Результаты свидетельствовали о существовании альтернативного маршрута, не зависящего от MPC.

Затем исследователи проверили роль MCT1.

Когда они блокировали этот переносчик у животных с отключённым MPC1, альтернативное поступление углерода из глюкозы в энергетические реакции практически прекращалось.

Дополнительные опыты с генетическим отключением MCT1, изолированными кардиомиоцитами и очищенными митохондриями подтвердили его необходимость для эффективного окисления лактата.

При этом нарушение MCT1 не уничтожало способность митохондрий использовать пируват через обычный транспортный механизм.

Таким образом, исследователи получили доказательства существования двух частично независимых путей поступления углеводного топлива в митохондрии сердца.

Самое неожиданное: без MCT1 сердце работает, пока не возникает стресс

Биохимическое открытие приобрело особое значение, когда исследователи перешли от анализа молекул к оценке работы всего сердца.

У мышей с отключённым в кардиомиоцитах MCT1 в обычных условиях не обнаруживали выраженных нарушений сердечной структуры и функции даже к возрасту одного года.

Их показатели переносимости физической нагрузки также существенно не отличались от контрольной группы.

На первый взгляд это означало, что организм способен компенсировать отсутствие одного из путей получения энергии.

Но ситуация менялась при повреждении или длительном повышении нагрузки на сердце.

В одной серии экспериментов животным вводили ангиотензин II и фенилэфрин — вещества, усиливающие нейрогормональную стимуляцию сердца и вызывающие патологическое увеличение сердечной мышцы.

У мышей без MCT1 структурные изменения оказались выраженнее. Сократительная функция сердца ухудшалась сильнее, а смертность была выше.

Аналогичные нарушения наблюдали в модели повышенной нагрузки давлением, создаваемой хирургическим сужением аорты.

Особенно показательными оказались эксперименты, моделирующие ишемию и последующее восстановление кровотока.

Ишемия возникает, когда сердечная мышца испытывает недостаток кровоснабжения и кислорода. Последующее восстановление кровотока, или реперфузия, жизненно необходимо, но само может сопровождаться дополнительным клеточным повреждением.

У мышей с отсутствующим MCT1 после такого воздействия обнаруживали большую площадь погибшей сердечной ткани.

В экспериментах с последующим наблюдением функция сердца у контрольных животных восстанавливалась примерно за семь недель. У животных без MCT1 сопоставимого восстановления за период наблюдения не происходило.

Получается важный вывод: наличие нескольких путей энергетического обмена может быть особенно значимо не тогда, когда всё работает нормально, а когда повреждение ограничивает возможности сердечной мышцы.

Что удалось подтвердить в человеческом сердце

Исследователи не ограничились экспериментами на мышах.

Они изучили образцы сердечной ткани человека, полученные от доноров и пациентов с тяжёлой сердечной недостаточностью.

Анализ подтвердил присутствие MCT1 в митохондриях человеческих кардиомиоцитов и позволил установить его локализацию во внутренней митохондриальной мембране.

В образцах человеческих митохондрий также обнаружили способность превращать лактат в пируват и другие продукты энергетического обмена. При использовании ингибитора MCT1 этот процесс подавлялся.

Интересно, что в митохондриях пациентов с тяжёлой сердечной недостаточностью исследователи обнаружили повышенное содержание MCT1 по сравнению с донорскими образцами.

Возможно, это отражает попытку повреждённого сердца адаптироваться к энергетическому стрессу. Однако само исследование не доказывает, что такое увеличение обеспечивает защиту или улучшает прогноз пациентов.

Это важное различие между наблюдением биохимических изменений и доказательством их клинической пользы.

Может ли управление лактатом стать новым способом лечения сердечной недостаточности?

Открытие указывает на потенциальное направление разработки терапии.

Если транспорт лактата через MCT1 помогает сердцу сохранять энергетический обмен при повреждении, возникает возможность воздействовать на этот механизм для поддержки кардиомиоцитов.

В перспективе исследователи могут изучать способы сохранения активности MCT1, улучшения митохондриального использования лактата или защиты связанных с ним энергетических процессов.

Но до практического лечения ещё далеко.

Во-первых, наиболее убедительные доказательства защитной роли MCT1 при повреждении сердца получены на мышах. Исследования человеческих тканей подтверждают существование соответствующего механизма, но не позволяют установить его влияние на выживаемость пациентов.

Во-вторых, MCT1 участвует в переносе лактата не только через митохондриальную, но и через клеточную мембрану. Поэтому при воздействии на этот белок необходимо учитывать его разные функции.

Авторы также признают, что эксперименты на живых животных не позволяют полностью разделить эти два транспортных процесса. Дополнительные ограничения связаны с небольшими выборками человеческих образцов и особенностями экспериментальных моделей.

Наконец, исследователи не проверяли, улучшит ли состояние повреждённого сердца искусственное повышение концентрации лактата или усиление активности MCT1.

Само наличие дополнительного топлива не гарантирует его эффективного использования. Для этого должны сохраняться работа транспортных белков, активность ферментов и способность митохондрий производить энергию.

Поэтому результаты нельзя трактовать как рекомендацию повышать уровень лактата интенсивными тренировками, принимать специальные добавки или менять лечение сердечно-сосудистых заболеваний.

Следующий научный шаг — выяснить, насколько сильно митохондриальный транспорт лактата влияет на течение сердечной недостаточности у человека и можно ли безопасно усиливать этот механизм с помощью лекарственных средств.