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甜蜜的!糖原是如何与脂肪细胞产生热量联系在一起的

储存糖的新代谢途径的发现有助于解释细胞能量如何在肥胖中产生和消耗,促进治疗潜力

Image courtesy of Scientific Animations.

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棕色脂肪细胞的艺术渲染,粉红色的细胞核,紫色的线粒体和黄色的脂滴分散在各处。图片由科学动画提供

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  • 斯科特LaFee

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人类随身携带至少两种脂肪组织:白色和棕色。白色脂肪细胞本质上是储存能量的惰性容器,以单个大的油性液滴的形式储存。棕色脂肪细胞更复杂,包含多个较小的液滴,与深色线粒体混合在一起——赋予它们颜色的细胞器,是将脂滴转化为热量和能量的“引擎”。

有些人还有“米色”脂肪细胞,即存在于白色脂肪中的棕色细胞,可以被激活以燃烧能量。

近年来,人们一直在努力寻找增加棕色或米色脂肪细胞活性的方法,以诱导脂肪细胞(即脂肪细胞)在产热过程中燃烧能量并产生热量,以此作为治疗肥胖、2型糖尿病和其他疾病的手段。

但是棕色脂肪——也许还有米色脂肪细胞——的治疗潜力一直受到相关过程复杂性的阻碍。直到2009年,人们才证实健康成年人体内存在活跃的棕色脂肪细胞;以前人们认为这种疾病只在新生儿中常见。

在2021年10月27日在线发表的一项新研究中自然由加州大学圣地亚哥分校医学院糖尿病与代谢健康研究所所长、资深作者Alan Saltiel博士领导的国际研究团队描述了肥胖中能量消耗和热量产生是如何通过一种以前未知的细胞途径进行调节的。

人体将消耗的碳水化合物分解成一种叫做葡萄糖的糖,这是细胞燃料的主要来源。不需要的葡萄糖被包装并作为糖原储存在肝脏和骨骼肌细胞中,在那里它可以被提取并快速用于突然的能量需求或维持血糖水平。

与肌肉和肝脏不同,糖原在脂肪中的作用一直是个谜。研究人员发现,糖原不仅仅是在脂肪细胞中储存能量。它提供了一个信号,在处理能源的方式上产生了重大转变。

在这个“惊人的发现”中,Saltiel和同事报告说,脂肪细胞的褐变取决于它们制造和降解糖原的能力。糖原的转换传递了一个信号,即细胞“分离”ATP的产生是安全的,ATP是为大多数细胞过程提供能量的分子。

“分离是产生热量的一种方式,在这个过程中有助于平衡能量。因此,这一途径确保只有脂肪细胞有足够的能量储存来产生热量,才能这样做,”Saltiel说。

全球肥胖人口急剧增加——有6.5亿人(13%),自1975年以来增长了两倍——这凸显了了解人体如何平衡能量摄入和消耗的重要性。

糖原调节并促进脂肪代谢:糖原水平越高,代谢过程越健壮,基本上燃烧脂肪更快,导致肥胖小鼠体重减轻。在人类中,肥胖或容易体重增加的患者中,参与这些复杂过程的基因被发现更低,这表明脂肪细胞中需要糖原途径来燃烧多余的体重。作者写道,新的发现表明,调节脂肪细胞中的糖原代谢可能为减肥和全面改善代谢健康提供新的方法。

合著者包括:奥默·凯南、约瑟夫·m·瓦伦丁、香农·m·赖利、穆罕默德·阿布-奥德、朱莉娅·h·德卢卡、本雅明·达德佩、莱斯利·赵和奥斯汀·潘,都来自加州大学圣地亚哥分校;Haopeng Xiao和Edward T. Chouchani, Dana-Farber癌症研究所和哈佛大学;Sushil K. Mahata, VA圣地亚哥医疗系统和UC圣地亚哥;Ruth T. Yu, Yang Dai, Michael Downes和Ronald M. Evans,索尔克研究所;Christopher Liddle,悉尼大学,澳大利亚;加州大学洛杉矶分校的Aldons J. Lusis;东芬兰大学Markku Laakso;以及卡罗林斯卡学院的迈克尔·赖德。

这项研究的资金部分来自美国国立卫生研究院(资助1R01 DK117850, 1R01 HL147883, F32DK124947, DK057978, DK120480, R01DK117551, R01DK125820,R01DK076906, P30 DK063491和DK123095),美国糖尿病协会(1-19-PDF-177, 1-19-JDF-012) Claudia Adams Barr计划,拉文家庭基金和国家癌症中心。

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