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活性氧是控制褐色脂肪的关键信号分子 精选

已有 6657 次阅读 2016-3-31 09:26 |个人分类:科研思路分享|系统分类:海外观察

褐色和棕色脂肪组织能代谢消耗脂肪产生热量,其最主要的生理效应应该是维持恒温动物的体温平衡。对人体来说,新生儿体内存在大量褐色脂肪,这符合新生儿体重平均体表面积大,热量散失速度快热量需求大的特征。科学家曾经认为成年人没有这类脂肪组织,但现在大量研究证据表明,成年人仍然拥有一定量棕色脂肪,这些脂肪细胞对维持身体的代谢平衡十分重要。研究表明,增加棕色脂肪细胞数量,促进能量代谢水平,对于控制肥胖和糖尿病有非常重要价值。由于解偶联蛋白1是维持褐色和棕色脂肪组织的关键蛋白,因此寻找控制和调节解偶联蛋白1的因素是该研究领域的热点内容。

最近《自然》杂志论文报道了一种影响褐色脂肪功能的重要因素,就是来自线粒体内的活性氧水平。在体研究证明,低温暴露能增加褐色脂肪细胞数量和整体能量消耗,这种增加依赖于解偶联蛋白1的功能,药物中和线粒体来源的活性氧可以逆转这种过程。进一步研究发现,活性氧增加改变褐色脂肪组织内半胱氨酸残基氧化还原平衡,驱动呼吸代谢效率,解偶联蛋白1 的253号半胱氨酸残基Cys253是影响细胞呼吸活性的关键。在低温条件下,脂肪组织内解偶联蛋白1 Cys253被亚磺酰化,该位点进行突变能使肾上腺素和解偶联导致的嘌呤核苷酸抑制状态调节下调。这些研究说明,线粒体的活性氧能诱导依赖解偶联蛋白1褐色脂肪细胞增生和系统能量代谢增强,这一发现提供了一条利用活性氧治疗代谢性疾病的新思路。

早期对活性氧只有危害性的看法本身就不够全面,活性氧本来就是身体内重要的信号分子,一定水平的活性氧才能维持细胞正常功能的发挥,例如胰岛素和许多生长因子的信号系统就涉及到活性氧的增加,炎症反应过程更离不开活性氧的身影。能量代谢从整体是是一个能量物质被分步骤彻底氧化的过程,整个能量代谢过程大部分生物化学反应也是通过自由基反应实现的。自由基几乎是细胞能量代谢和生理功能实现的最活跃的成员。不过活性氧水平过高也会带来对生物分子的过度修饰甚至破坏,导致细胞功能紊乱甚至死亡,因此细胞内存在一套非常系统完善的活性氧控制系统,这一系统以NADPH的制造为核心,以各种抗氧化物质和抗氧化酶为中介底物,使活性氧在种类和水平上维持一定平衡。最新研究说明,来自线粒体的活性氧是维持褐色脂肪和能量平衡的关键因素。不过白色脂肪和褐色脂肪最大的区别是线粒体的数量,白色脂肪细胞中线粒体数量非常少,而褐色脂肪细胞内线粒体数量非常多。那么这似乎是一个鸡和蛋的悖论,既然线粒体是褐色脂肪的标志,而线粒体活性氧是刺激和促进褐色脂肪功能的关键,这似乎是一个正反馈效应,那么如何启动和建立这种正反馈过程就是一个比较大的问题。

研究发现,线粒体作为一种独特的细胞结构,能通过一定方式进入细胞内,研究人员利用这种现象给动物补充线粒体能解决心脏和肝脏组织缺血损伤的问题,也有学者利用线粒体扩散作用改造肿瘤细胞。那么可否利用线粒体可以进入细胞内这种特点,给白色脂肪细胞补充和增加一定外来线粒体,将白色脂肪细胞改造成为褐色脂肪细胞,建立一种治疗肥胖和代谢性疾病的新工具。

http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature17399.html



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