锻炼身体益处多多，但是想要拥有完成运动的耐力，也是需要一套很复杂的综合生理反应。其中非常重要的一点就是能量供给。
为了保证在运动中能够获取足够的“燃料”，骨骼肌会更倾向于先使用脂肪酸作为能源，脂肪酸消耗殆尽之后再调用糖原，如此获得最大的续航能力[1]。
但是你知道吗，这个关键的能量选择步骤，核心竟然是一种免疫因子，白介素13（IL-13）！
近期，在《科学》杂志上发表了一项研究，科学家发现IL-13可以调节骨骼肌的线粒体发生和能量代谢，以增强运动耐力。没有IL-13，纵使肌肉满满也当不成“运动健将”，补充IL-13则能够和锻炼有类似的效果。[2]
研究者还发现，这种作用是通过激活骨骼肌中的STAT3实现的，这也与此前STAT3作用主要对骨骼肌功能有害的观点大相径庭~
保持长时间的运动，就有着更高的能量和氧气需求，那么到底是什么让强者成为强者呢？
早在1961年，就有科学家发现运动能够通过不明的方式诱导肌肉葡萄糖摄取，这和胰岛素的作用是完全独立的[3]。之后的一系列研究，把这类“不明因素”称为肌肉激素（myokines）。
白介素6（IL-6）是第一种被报道能够在运动后迅速增加的肌肉激素之一[4]。体外研究显示，IL-6能够增加肌肉的葡萄糖利用率。但是奇怪的是，在不运动的时候，常运动的人IL-6水平低，而肥胖人群中IL-6反而更高。
另外，缺失IL-6的小鼠也能够正常摄取葡萄糖、正常运动，很显然IL-6并不是增强耐力的关键。
为了找出那个水面下的神秘因子，研究者们全面分析了一组志愿者血液中的细胞因子。这组志愿者都是女性，包括三类人：肥胖者、体重正常但很少锻炼的人，以及每周至少做4次1小时有氧运动的人。
有关IL-6的结果与之前的研究一致，肥胖者体内水平更高，而在经常锻炼的志愿者体内，研究者发现了更高水平的IL-13。在另外一组针对男性的分析中，也是运动员体内有更高水平的IL-13。
当让小鼠接受4-5周的耐力训练之后，小鼠也表现出了更高的IL-13水平。经检测，这些IL-13来自组织中的2型先天淋巴细胞（ILC2s）。
难道这个IL-13竟会是耐力增强的关键吗？
为了验证这一点，研究者敲除了小鼠的IL-13基因。如果单论肌肉力量，敲除IL-13的小鼠是没差的，但是一上跑步机，它们不管是跑步的距离还是时长，都和正常的小鼠有明显的差距。
怪了！
研究者取出小鼠的腓肠肌，做了mRNA表达谱分析。正常小鼠中，运动会显著上调155个基因的表达、下调81个基因的表达。但是，在IL-13缺陷小鼠中，这些基因里竟然只有2个受到类似的调控。
再看基因功能，运动影响的基因主要与脂肪酸代谢和三羧酸循环有关，比如说涉及脂肪酸摄取的、脂肪酸β氧化的、三羧酸循环酶等等。这和此前观点认为耐力运动优先消耗脂肪酸，保存肌糖原的观点是一致的[5]。
这个过程在IL-13缺陷小鼠里，丢了。
说到能量利用，自然离不开线粒体。研究者调查了与线粒体核糖体、蛋白转运、电子传递链等有关的基因，发现这些基因在IL-13缺陷小鼠中，要么水平不变，要么就在运动后表达下调了。IL-13缺失还会影响到糖耐量。
正常小鼠经过一段时间的练习之后耐力就会有一定的提升，但是IL-13缺陷小鼠练也是白练。
IL-13是直接作用于骨骼肌细胞表面的受体IL-13Rα1的。敲除受体的小鼠与敲除IL-13的小鼠类似，在肌肉质量和形态无恙的同时，运动耐力显著下降，肌肉脂肪酸氧化水平也降低了。
进一步分析显示，IL-13与受体作用后激活了转录因子STAT3，其信号下游则可能是Err核受体家族。Err核受体家族可以被运动上调[6]，控制骨骼肌和心肌的氧化代谢[7]。
当给正常小鼠腓肠肌注射IL-13，小鼠的跑步耐力增强了，葡萄糖耐量也变好了。
一个免疫因子竟然能够在运动中起到如此重要的作用，真是奇妙！
严格来说，IL-13并不能算是一种肌肉激素，因为它并不是由肌肉产生的。IL-13来源于ILC2s，这两位其实本职更倾向于寄生虫免疫。有意思的是，在之前的研究中也有提及，感染过寄生虫的人最大摄氧量更高[8]，这可能是对寄生虫感染增加的代谢负担的一种应对吧。
另外值得注意的是，STAT3是一种作用相当广泛的转录因子，在很多生理和病理过程中有总要调节功能。高水平的STAT3活化与癌症恶病质和肌肉疾病有关[9]，抑制STAT3也是目前临床上一种有潜力的治疗肌肉疾病的方法。
迄今为止，STAT3普遍被认为对骨骼肌功能有损，但是在这篇研究中却体现了运动激活STAT3对肌肉代谢的积极作用，这是今后研发疗法时不得不考虑的问题。
参考资料：
[1] Maximal oxidative capacity during exercise is associated with skeletal muscle fuel selection and dynamic changes in mitochondrial protein acetylation. Cell Metab. 21, 468–478 (2015). doi: 10.1016/j.cmet.2015.02.007;pmid: 25738461
[2] https://science.sciencemag.org/content/368/6490/eaat3987
[3] Humoral nature of the hypoglycemic factor of muscular work. Diabetes 10, 232–234 (1961). doi: 10.2337/diab.10.3.232; pmid: 13706674
[4] Febbraio, Muscles, exercise and obesity: Skeletal muscle as a secretory organ. Nat. Rev. Endocrinol. 8, 457–465 (2012). doi: 10.1038/nrendo.2012.49;pmid: 22473333
[5] Exercise metabolism and the molecular regulation of skeletal muscle adaptation.Cell Metab. 17, 162–184 (2013). doi: 10.1016/j.cmet.2012.12.012; pmid: 23395166
[6] Estrogen-related receptor g is a key regulator of muscle mitochondrial activity and oxidative capacity. J. Biol. Chem. 285, 22619–22629 (2010).doi: 10.1074/jbc.M110.125401; pmid: 20418374
[7] Estrogen-related receptor a (ERRa) and ERRg are essential coordinators of cardiac metabolism and function. Mol. Cell. Biol. 35, 1281–1298 (2015). doi: 10.1128/MCB.01156-14; pmid: 25624346
[8] Patterns of senescence in human cardiovascular fitness: VO2 max in subsistence and industrialized populations. Am. J. Hum. Biol. 25, 756–769 (2013). doi: 10.1002/ajhb.22445;pmid: 24022886
[9] Sci. 19,E2265 (2018).
[10] https://science.sciencemag.org/content/368/6490/470