糖异生是从非碳水化合物前体生物合成葡萄糖。它本质上与糖酵解相反，主要发生在禁食、饥饿或剧烈运动期间的肝脏和肾脏中。

糖异生如何运作

前体

糖异生的主要前体是乳酸（来自肌肉中的无氧糖酵解）、氨基酸（尤其是来自肌肉蛋白质分解的丙氨酸）和甘油（来自脂肪分解）。这些分子在不同的点进入途径。

绕过不可逆步骤

糖酵解具有三个不可逆步骤，在糖异生过程中必须绕过这些步骤，并由不同的酶催化。丙酮酸通过丙酮酸羧化酶转化为草酰乙酸，然后通过 PEP 羧激酶（绕过丙酮酸激酶）转化为磷酸烯醇丙酮酸。 1,6-二磷酸果糖被 1,6-二磷酸果糖酶（绕过 PFK-1）转化为 6-磷酸果糖。 6-磷酸葡萄糖通过 6-磷酸葡萄糖酶（绕过己糖激酶）转化为葡萄糖。

能源成本

糖异生在能量上是昂贵的。合成一分子葡萄糖需要 4 个 ATP、2 个 GTP 和 2 个 NADH。

法规

糖异生和糖酵解相互调节以防止无效循环。当能量充足时，糖酵解受到抑制，糖异生被激活。胰高血糖素和皮质醇激素刺激糖异生，而胰岛素则抑制糖异生。

科里循环

在剧烈运动期间，肌肉通过无氧糖酵解产生乳酸。乳酸被释放到血液中并被肝脏吸收，肝脏通过糖异生将其转化回葡萄糖。葡萄糖返回肌肉，完成科里循环。

糖异生通量的实际测量

原代肝细胞中的糖异生通量通过将细胞与 14 C 标记的前体如[2-14 C]丙酮酸、[U-14 C]乳酸或[14 C]丙氨酸一起孵育来测量。将原代大鼠肝细胞以 1 × 10⁶ 细胞/孔接种到 12 孔板中，置于不含葡萄糖的无血清 DMEM 中。饥饿 2 小时后，用 Krebs-Ringer 碳酸氢盐缓冲液替换培养基，其中含有 2 mM 乳酸、丙酮酸和丙氨酸（糖异生前体）以及 0.5 µCi/mL 的 [14 C] 标记底物。在 37°C、5% CO2 下孵育 3 小时。添加冰冷的高氯酸（最终 3%）终止反应。通过离子交换色谱法分离放射性标记的葡萄糖 — 将中和的上清液通过 Dowex-1（乙酸盐形式）柱以保留标记的中间体，然后用水洗脱葡萄糖。通过液体闪烁计数洗脱的葡萄糖。将糖异生通量表示为每小时每毫克蛋白质产生的纳摩尔葡萄糖。包括一个含有 10 µM 糖异生抑制剂 3-mercaptopicolinate（抑制 PEP 羧激酶）的对照，以确认途径特异性。对于离体灌注肝脏，通过使用葡萄糖氧化酶测定试剂盒测定灌注液中的葡萄糖来测量净葡萄糖输出。

实际应用

在 2 型糖尿病研究中，糖异生通量因胰岛素抵抗而升高。与野生型对照相比，糖尿病 db/db 小鼠的肝细胞显示，[14C]乳酸产生的葡萄糖增加了 2.5 倍。二甲双胍治疗（1 mM，24 小时）可将该流量降低 40%，与其抑制肝糖异生的临床机制一致。这些测量结果指导血糖控制新疗法的开发。