“對我來說，線粒體是宇宙的中心，”UVA 研究員甄燕說。圖片來源：美國國立衛生研究院
弗吉尼亞大學醫學院的一位頂級運動研究員揭示了我們的身體如何確保我們的細胞動力室正常運作。這些發現可以為許多常見疾病的更好治療打開大門，包括阿爾茨海默氏癥和糖尿病。
UVA 的Zhen Yan 及其同事的新研究揭示了我們的細胞如何感知問題并對稱為線粒體的細胞“電池”進行質量控制。Yan 多年來一直在尋求更好地了解線粒體的工作原理，他稱這一新發現是他職業生涯中最令人興奮的。
“對我來說，線粒體是宇宙的中心，因為實際上我們體內的所有細胞都依賴于線粒體來產生能量，并且必須有一個防彈系統來確保動力裝置正常運作，”骨骼肌研究中心主任嚴說在 UVA 的 Robert M. Berne 心血管研究中心。“慢性病——也稱為非傳染性疾病——如糖尿病、心力衰竭和阿爾茨海默病，對如此多的個人、家庭和整個社會造成災難性影響，是由細胞中的線粒體問題引起的。”
壓力探測器
Yan 和他的團隊在小鼠和人類各種組織中的線粒體周圍的外膜上發現了特殊的傳感器。這些傳感器檢測“能量壓力”，例如由運動或禁食引起的壓力，并發出信號指示受損的線粒體被降解和去除。這種基本的清理過程被稱為“線粒體自噬”，它的存在最早是在 100 多年前提出的。但它的工作原理從未被完全理解。嚴的新研究提供了長期尋求的答案。
Yan 和他的同事們發現，被稱為“mitoAMPK”的線粒體傳感器在不同組織中以略微不同的形式存在。例如，一種類型似乎在骨骼肌中特別活躍。在概述他們發現的新科學論文中，研究人員將各種傳感器描述為“出乎意料的復雜”。他們接著概述了這些傳感器如何提供一個重要的損害控制系統來保護我們的細胞能量供應。
Yan 發現一項非常令人興奮的研究發現：用最有效的一線抗糖尿病藥物二甲雙胍治療小鼠，可激活骨骼肌中的 mitoAMPK，而不會激活細胞其他部分的 AMPK。這一發現最好地說明了激活 mitoAMPK 和線粒體質量控制在治療一種常見的慢性疾病中的重要性，這種疾病已知是由我們體內功能失調的線粒體積累引起的。這也解釋了為什么經常鍛煉對預防和治療此類疾病如此有效。
在線粒體質量控制方面獲得的新見解將推動為非傳染性疾病開發新療法的努力，這些疾病已達到大流行的程度，估計會導致所有死亡人數的 71%。
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哺乳動物通常不能像魚類和蜥蜴等其他脊椎動物那樣有效地再生器官。現在，索爾克的科學家們找到了一種將肝細胞部分重置為更年輕狀態的方法——使它們能夠以比以前觀察到的更快的速度治愈受損組織。2022 年 4 月 26 日發表在《細胞報告》雜志上的研究結果表明，使用重編程分子可以改善細胞生長，從而促進小鼠肝臟組織的再生。
作為 UVA 心血管醫學部的一員，Yan 表示，醫生必須更好地了解特定疾病如何干擾線粒體功能。他的新發現為此奠定了基礎。
“我們已經開發出用于精確定位 mitoAMPK 激活關鍵步驟的基因模型，并且正在探索由 mitoAMPK 控制的神奇分子，”Yan 說。“這些發現教會了我們很多關于我們身體傳感器系統之美的知識。社會絕對應該利用這些發現來促進定期鍛煉以預防健康和疾病，并開發有效的運動模擬藥物。”
發表的調查結果
研究人員已在科學期刊PNAS上發表了他們的發現。研究團隊由 Joshua C. Drake、Rebecca J. Wilson、Rhianna C. Laker、Yuntian Guan、Hannah R. Spaulding、Anna S. Nichenko、Wenqing Shen、Huayu Shang、Maya V. Dorn、Kian Huang、Mei Zhang、Aloka B. Bandara, Matthew H. Brisendine, Jennifer A. Kashatus, Poonam R. Sharma, Alexander Young, Jitendra Gautam, Ruofan Cao, Horst Wallrabe, Paul A. Chang, Michael Wong, Eric M. Desjardins, Simon A. Hawley, George J. Christ、David F. Kashatus、Clint L. Miller、Matthew J. Wolf、Ammasi Periasamy、Gregory R. Steinber、D. Grahame Hardie 和 Yan。