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代谢学人--寒期合集｜营养与产热新机制前沿文献详解
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代谢学人
寒期合集｜营养与产热新机制前沿文献详解
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代谢精读-营养与产热新机制篇
本次合集中收录的研究
围绕着营养与产热的花式机制展开~
Nature
第一话 “甜甜”的脂肪会产热
敲黑板
1、糖原在米色脂肪中富集，其代谢可以调控UCP1的表达。
2、β-肾上腺素上调脂肪细胞中糖原的合成和转换，用以调节产热。
3、脂肪细胞细胞质是糖原动态调节ROS产生及诱导p38激活的场所。
4、PTG-KO小鼠在长期冷暴露后，O2消耗、CO2产量和体温均降低。
总结
肥胖已然成为一种日益流行的代谢性疾病，其原因是能量摄入大于能量消耗。作为能量调节的关键，适应性产热作用在其中起到重要作用。该研究发现，脂肪组织中的糖原代谢对于应激状态下UCP1的表达和产热至关重要，慢性β-肾上腺素信号的激活会诱导WAT棕色化以及米色脂肪组织中糖原的积累。而糖原稳态的调控还能够促进p38 MAPK发生ROS依赖性激活，进而诱导Ucp1及其他产热相关基因的表达，最终调控寒冷等应激状态下小鼠的能量消耗，并减轻体重。这一发现提示了糖原代谢的调节可能成为燃脂减肥的新方向。
Nature
第二话 取暖神器-无效肌酸循环
敲黑板
1、TNAP是冷诱导型PCr磷酸酶。
2、TNAP借助GPI锚定在线粒体间隙中发挥功能。
3、TNAP通过水解PCr来支持FCC适应性产热。
4、TNAP的缺失会促进肥胖。
总结
TNAP除了在细胞膜上发挥经典的磷酸酶作用以外，在产热脂肪组织中，TNAP特异性定位于线粒体，并可以水解磷酸肌酸，参与FCC来支持适应性产热，本文揭示了TNAP在线粒体中先前未被认识到的作用。
先前的遗传学研究表明，FCC在脂肪细胞和全身能量消耗中具有有益的代谢功能。因此，肌酸补充剂可能会帮助肥胖病人激活产热脂肪的功能，刺激产热作用。此外，线粒体TNAP作为参与FCC主要产热步骤的关键分子，在后续的研究中可以进一步去挖掘其功能。
与此同时，除了适应性产热作用和抵抗肥胖的效果外，FCC可能还参与了一些机制尚不清楚的病理反应，如甲状腺机能亢进、烧伤、麻醉诱导的热疗和癌症恶病质。这些可能性也值得进一步探讨。
Nature Metabolism
第三话 怎么吃高碳水最健康？
敲黑板
1、等比例果糖和葡萄糖混合的LPHC饮食可使摄入能量最大化。
2、摄入果糖和葡萄糖混合物导致血糖升高、肝脏脂肪增加。
3、减少蛋白质和淀粉摄入量可减少肥胖，改善血糖状况。
4、相比于天然淀粉，摄入抗性淀粉能获得更多的代谢益处。
总结
饮食中的蛋白质和碳水化合物之间的相互作用可调节代谢健康，研究人员证实低蛋白高碳水化合物的（特定营养来源，小编注：10%蛋白质，20%脂肪，70%碳水化合物（RS：蔗糖=65：35））饮食最有利于长寿及代谢健康。在各种动物中观察到的LPHC饮食对健康的益处取决于摄入的碳水化合物的形式及比例。如等比摄入果糖和葡萄糖会促进更多的热量摄取，并损害了血糖稳态，并可导致肠道微生物群发生变化。此外，饮食中用微生物可利用性高的抗性淀粉（RS）代替天然淀粉(NS)能够使肠道微生物群发生显著改善，从而产生进一步的代谢益处(包括减少肥胖、降低空腹胰岛素血症等）。
图1.果糖、葡萄糖和蛋白质摄入对小鼠代谢的影响
Nature Metabolism
第四话 营养和分裂的指挥官-DHAP
敲黑板
1、营养信号通过核醋酸诱导组蛋白乙酰化。
2、TPI1通过核醋酸介导组蛋白乙酰化。
3、CDK2使TPI1磷酸化并促进TPI1核定位。
4、营养信号激活CDK2并促进mTORC1磷酸化。
总结
当细胞处于营养物质丰富的环境下时，富营养信号感知分子mTORC1被激活，mTORC1的Raptor亚基可以通过磷酸化CDK2的Thr 160位点，将富营养信号传递给细胞周期蛋白CDK2。由于CDK2只在G1期表达，因此富营养信号只能在G1期被传递到细胞核内。接收到富营养信号的CDK2可以通过磷酸化细胞质中的糖酵解酶TPI1 Ser117位点，促进其发生核易位进入细胞核。进入细胞核的TPI1通过糖酵解反应使DHAP与GAP互变异构，消耗DHAP。由于细胞核中的DHAP可以与醋酸反应，生成1-乙酰-DHAP，从而降低醋酸水平，因此，进入细胞核中的TPI1可以通过降低核DHAP水平来提高核醋酸水平，促进组蛋白乙酰化修饰，激活DNA转录，促进细胞增殖。
总之，本文研究者发现了一条通过整合营养信号和细胞周期信号，调节组蛋白乙酰化，促进细胞增殖的全新信号通路，揭示了营养代谢活动调节细胞表观遗传性状、调控细胞增殖的全新分子机制，为癌症等代谢性失调相关疾病的预防、诊断和治疗提供了新的思路和方法。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s42255-021-00405-8
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