细胞电池的发现有助于对抗多种疾病——从阿尔茨海默氏症到糖尿病
“对我来说，线粒体是宇宙的中心，”UVA 研究员甄燕说。图片来源：美国国立卫生研究院
弗吉尼亚大学医学院的一位顶级运动研究员揭示了我们的身体如何确保我们的细胞动力室正常运作。这些发现可以为许多常见疾病的更好治疗打开大门，包括阿尔茨海默氏症和糖尿病。
UVA 的Zhen Yan 及其同事的新研究揭示了我们的细胞如何感知问题并对称为线粒体的细胞“电池”进行质量控制。Yan 多年来一直在寻求更好地了解线粒体的工作原理，他称这一新发现是他职业生涯中最令人兴奋的。
“对我来说，线粒体是宇宙的中心，因为实际上我们体内的所有细胞都依赖于线粒体来产生能量，并且必须有一个防弹系统来确保动力装置正常运作，”骨骼肌研究中心主任严说在 UVA 的 Robert M. Berne 心血管研究中心。“慢性病——也称为非传染性疾病——如糖尿病、心力衰竭和阿尔茨海默病，对如此多的个人、家庭和整个社会造成灾难性影响，是由细胞中的线粒体问题引起的。”
压力探测器
Yan 和他的团队在小鼠和人类各种组织中的线粒体周围的外膜上发现了特殊的传感器。这些传感器检测“能量压力”，例如由运动或禁食引起的压力，并发出信号指示受损的线粒体被降解和去除。这种基本的清理过程被称为“线粒体自噬”，它的存在最早是在 100 多年前提出的。但它的工作原理从未被完全理解。严的新研究提供了长期寻求的答案。
Yan 和他的同事们发现，被称为“mitoAMPK”的线粒体传感器在不同组织中以略微不同的形式存在。例如，一种类型似乎在骨骼肌中特别活跃。在概述他们发现的新科学论文中，研究人员将各种传感器描述为“出乎意料的复杂”。他们接着概述了这些传感器如何提供一个重要的损害控制系统来保护我们的细胞能量供应。
Yan 发现一项非常令人兴奋的研究发现：用最有效的一线抗糖尿病药物二甲双胍治疗小鼠，可激活骨骼肌中的 mitoAMPK，而不会激活细胞其他部分的 AMPK。这一发现最好地说明了激活 mitoAMPK 和线粒体质量控制在治疗一种常见的慢性疾病中的重要性，这种疾病已知是由我们体内功能失调的线粒体积累引起的。这也解释了为什么经常锻炼对预防和治疗此类疾病如此有效。
在线粒体质量控制方面获得的新见解将推动为非传染性疾病开发新疗法的努力，这些疾病已达到大流行的程度，估计会导致所有死亡人数的 71%。
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哺乳动物通常不能像鱼类和蜥蜴等其他脊椎动物那样有效地再生器官。现在，索尔克的科学家们找到了一种将肝细胞部分重置为更年轻状态的方法——使它们能够以比以前观察到的更快的速度治愈受损组织。2022 年 4 月 26 日发表在《细胞报告》杂志上的研究结果表明，使用重编程分子可以改善细胞生长，从而促进小鼠肝脏组织的再生。
作为 UVA 心血管医学部的一员，Yan 表示，医生必须更好地了解特定疾病如何干扰线粒体功能。他的新发现为此奠定了基础。
“我们已经开发出用于精确定位 mitoAMPK 激活关键步骤的基因模型，并且正在探索由 mitoAMPK 控制的神奇分子，”Yan 说。“这些发现教会了我们很多关于我们身体传感器系统之美的知识。社会绝对应该利用这些发现来促进定期锻炼以预防健康和疾病，并开发有效的运动模拟药物。”
发表的调查结果
研究人员已在科学期刊PNAS上发表了他们的发现。研究团队由 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。