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Cell:大腦中的特殊激素或能幫助揭秘鍛煉改善機體代謝的分子機制

發布日期:2021-02-18 瀏覽次數:72

來源: 生物谷

近日,一項刊登在國際雜志Cell Metabolism上的研究報告中,來自南加利福尼亞大學等機構的科學家們通過對小鼠進行研究后發現,一種大腦深處的細胞所表達的線粒體激素似乎在改善機體代謝和抵御肥胖上扮演著關鍵角色。文章中,研究者揭示了適度的鍛煉如何促進下丘腦(大腦中控制代謝的小型區域)中的細胞釋放名為MOTS-c的激素,MOTS-c是一種由細胞中線粒體基因組所編碼的小型蛋白。

通常情況下線粒體被認為是細胞中的能量工廠,近些年來越來越多的研究發現,線粒體或能通過提供細胞過程的指令在機體健康和衰老過程中發揮重要作用,隨后的研究結果也揭示了線粒體編碼的MOTS-c如何與細胞核基因組相互作用并調節機體的細胞代謝和壓力反應。

壓力是一種平衡的手段

這項最新研究闡明了當保持平衡時,線粒體中的壓力如何促進機體的健康代謝過程;現有地研究揭示了線粒體中低水平的壓力促進健康和機體長壽的分子機制,這是一種名為線粒體低毒性的興奮效應(mitohormesis)。從本質上來講,諸如毒素等高水平的壓力會促進機體主要傷害的發生,而少量的應激因子實際上會增強健康的線粒體功能。

為了分析線粒體壓力對機體代謝的影響效應,研究人員對大腦中特定類型細胞中單一基因部分或完全缺失的小鼠進行研究,這種細胞名為下丘腦阿黑皮素原(POMC,hypothalamic proopiomelanocortin)神經元,缺失的Crif1基因能夠控制細胞利用線粒體編碼蛋白質的方式。研究者發現,缺失Crif1基因的小鼠會經歷嚴重的線粒體壓力,當其生長到成年期時也會表現出代謝問題的跡象,比如體重增加和能量消耗降低等;此外,缺失Crif1(并不攜帶Crif1基因的任何拷貝)的小鼠也會出現胰島素耐受性及機體高血糖表現,與人類2型糖尿病類似。

然而,部分缺失Crif1(能部分表達該基因,但并不能像完整基因那樣發揮作用)的小鼠則會經歷輕度的線粒體壓力,并能被保護抵御肥胖或胰島素耐受性;當給與高脂肪飲食時,部分缺失Crif1基因功能的小鼠則相比正常小鼠而言體重增加較少,即使其攝入了更多的卡路里依然如此;深入研究后,研究者發現,受影響的神經元能夠表達更多MOTS-c以及β-內啡肽(β-END),β-END是一種能在鍛煉期間被釋放的疼痛抑制分子。

研究者表示,POMC神經元中表現出輕微線粒體壓力的小鼠或會因體內脂肪組織的改變而避免肥胖的發生,攜帶部分Crif1基因功能缺失的小鼠則會表現出更多的產熱作用,深入分析其機體中的脂肪細胞,研究者發現其體內棕色脂肪細胞的水平增加了。

MOTS-c療法和鍛煉能夠帶來相似的益處

隨后的實驗中,研究人員模擬了這些改變,包括通過將MOTS-c注射到大腦中來直接增加棕色脂肪的水平和機體的生熱作用。值得注意的是,當小鼠進行適度鍛煉后同樣能夠產生好處,研究結果表明,平衡輕度線粒體壓力的過程或許是鍛煉能夠改善機體代謝的關鍵部分,這一過程似乎能通過MOTS-c來介導,并補充了支持激素進行代謝參與的研究。

研究者Lee說道,我們的大腦是許多生理功能的控制中心,本文研究揭示了鍛煉生理學的一種新機制,其或能為未來模擬運動療法的開發提供一定的思路和基礎。當前研究結果表明,線粒體激素不僅作用于局部的肌肉組織,還來自于大腦的新陳代謝總部。最后研究者指出,問題在于,在運動時,線粒體到底是與指揮中心溝通,還是繞過指揮中心直接與外周器官通訊呢?后期他們還需要深入研究MOTS-c在機體鍛煉和代謝過程中扮演的關鍵角色。(生物谷Bioon.com)

參考資料:

【1】Gil Myoung Kang,Se HeeMin,Chan Hee Lee, et al.Mitohormesis in Hypothalamic POMC Neurons Mediates Regular Exercise-Induced High-Turnover Metabolism.Cell Metabolism. Volume 33, Issue 2, P334-349.E6, February 02, 2021 DOI: 10.1016/j.cmet.2021.01.003

【2】Body and mind: Hormones in the brain may explain how exercise improves metabolism

by University of Southern California

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