來自廈門大學生科院,英國鄧迪大學的研究人員發表了題為“Fructose-1,6-bisphosphate and aldolase mediate glucose sensing by AMPK”的文章,發現了AMPK響應葡萄糖的分子機制,揭示了機體感受葡萄糖水平并調節代謝模式的機制。這一葡萄糖感知通路的發現對開發用于治療肥胖癥,乃至延長壽命的藥物具有深遠的意義。
這一研究成果公布在今日Nature雜志上,文章的通訊作者是廈門大學林圣彩教授,以及鄧迪大學的D. Grahame Hardie。林圣彩教授研究組主要從事與細胞生長、死亡,個體發育相關的細胞信號轉導方面的研究。
葡萄糖是生物中最基本、最主要的營養物質,它不僅是機體能量的主要來源,也是生物質合成的主要原料。因此,葡萄糖的水平對于生物體是極其重要的。然而,在生活中,體內葡萄糖水平的波動是十分常見的,這是因為我們不可能每時每刻都在攝入葡萄糖:睡一大覺、劇烈運動幾個小時或者太忙了沒時間吃飯,都會引起葡萄糖水平的顯著下降。這時,機體能夠觸發一套有效的過程應對這類“不利情況”,其中最為關鍵的就是激活“代謝的核心調節”——AMPK。在葡萄糖水平下降時,被激活的AMPK能夠迅速啟動脂肪、蛋白質的分解代謝,關閉它們的合成代謝,從而起到維持機體的能量和物質代謝的平衡,彌補機體因葡萄糖不足引起的脅迫壓力。 那么,機體如何感受葡萄糖水平下降,并“傳遞”給AMPK使其激活呢?這個問題還遠沒有弄清楚。目前的理論把葡萄糖看作一種“能量信號”,它的下降將引起細胞內的能量分子——ATP含量的下降,進而引起另一種代表低能量狀態的分子——AMP水平的上升,AMPK的激活劑從而直接激活AMPK。可惜的是,目前并沒有一種生理狀態能夠對應上這種理論。
在這篇文章中,研究人員正是發現了生理狀態下機體感受葡萄糖水平的機制。通過研究他們發現,無論在不含葡萄糖的細胞培養條件下,還是在饑餓的低血糖的動物體內,都不能觀測到AMP水平的上升,這充分說明了機體有一套尚不為人知的、獨立于AMP的感應葡萄糖水平的機制。
在進一步的研究中他們揭示了這一完整過程:葡萄糖水平下降將引起的葡萄糖代謝中間物——果糖1,6-二磷酸(fructose-1,6-bisphosphate)水平的下降,該過程進一步地被糖酵解通路上的代謝酶——醛縮酶(aldolase)感應,因為醛縮酶正是將含有6個碳原子的果糖1,6-二磷酸裂解成三碳糖的酶,一旦醛縮酶“吃不到”由葡萄糖衍生的果糖1,6-二磷酸,它便“翻臉”,傳遞給也正是林圣彩教授課題組先前發現的溶酶體途徑進而激活AMPK。該過程完全不涉及AMP水平,即能量水平的變化,是一條全新的、完全建立在實際的生理情況上的通路。
林圣彩教授指出,葡萄糖的存在本身就是一種“狀態”,可以引起一系列生理生化反應。葡萄糖水平對機體代謝的調節不需要“繞道”能量水平,而是可以直接地被感知,進而讓細胞感受到“富足”,啟動合成代謝;而葡萄糖水平下降時,細胞感知到“貧窮”,關閉合成代謝。對于生物體來說,能量水平的穩定是至關重要的,ATP水平的下降對機體的傷害是巨大的,因此等到能量水平下降再作出應激反應很可能為時已晚。“狀態信號”的存在使得機體能夠“前瞻性”地應對復雜的外界條件和各種應激壓力,保證生命活動的有序進行。
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