【上海科技大學揭示脂肪酸調控營養感知新機制】近日,上海科技大學生命科學與技術學院朱煥乎課題組利用秀麗隱杆線蟲的動物模型,發現富含於牛肉和奶製品中的單甲基支鏈脂肪酸可作為一種關鍵的食物營養信號調控鞘脂及mTOR通路,進而影響動物對食物中總氨基酸含量的判斷並決定其發育命運。該研究成果http://t.cn/A6MWp2Qu 日前發表於《發育細胞》。

食物是包括人類在內的所有動物生長發育最重要的資源之一,由於在環境中的相對稀少性,其往往是決定種群興衰的限速步驟。為此,動物進化出一套強大的食物營養感知系統,根據環境營養狀況的優劣,相應地調控自身的生長代謝速度甚至發育命運(如發育/滯育、個體大小、壽命等)。

近年來,生物化學家逐步揭示了細胞感知氨基酸、葡萄糖等關鍵營養分子的一系列相關信號通路(如mTOR、胰島素、AMPK等)及分子機制。這提示營養分子除了提供生命所需的物質能量外,還可能作為信號分子參與細胞的代謝過程。但遺憾的是,目前這一點很難在活體中驗證。其原因在於,與組織培養細胞不同,食物中關鍵營養分子的匱乏通常會導致動物迅速死亡,因而無法檢驗其是否作為信號分子,在動物活體生長發育中扮演重要角色。

針對這些問題,研究人員首先利用秀麗隱杆線蟲在“饑餓狀態”下能長期存活這一特性,繞過動物在營養匱乏時無法生存的缺點,將線蟲在食物嚴重匱乏的情況下培養,使其進入可逆的L3幼蟲滯育狀態。隨後外源添加各種重要營養物,觀察其是否會影響線蟲對營養的判斷。

他們驚奇地發現,無論是添加單種糖類或氨基酸,都無法欺騙線蟲。而一種碳鏈末端帶有甲基的飽和脂肪酸——單甲基支鏈脂肪酸,可以欺騙線蟲退出這種保護性的滯育狀態並死亡。進一步研究發現,線蟲滯育的根本原因在於食物中總氨基酸量的不足;而加入單甲基支鏈脂肪酸使得線蟲錯誤地認為氨基酸已經充足了,導致其恢復發育並不幸死亡。

單甲基支鏈脂肪酸對發育命運的調控最早由美國科羅拉多大學教授韓瑉在線蟲中發現,即一旦切斷內源和外源的單甲基支鏈脂肪酸供應,線蟲從卵中孵化後就會100%進入滯育狀態。盡管隨後的一系列研究揭示了單甲基支鏈脂肪酸通過合成下遊的糖鞘脂及激活mTORC1通路來調控發育,但這種調控的生理意義一直不明確。

朱煥乎課題組的發現提示,作為必需氨基酸亮氨酸的代謝物,單甲基支鏈脂肪酸似乎介導了線蟲對食物總氨基酸的感知。而進一步研究證實了線蟲體內遊離單甲基支鏈脂肪酸的濃度與食物中氨基酸的量正相關。

這表明動物巧妙利用了細菌可以將氨基酸轉化成單甲基支鏈脂肪酸這一現象,作為自己判斷氨基酸豐度的標准。而人體的腸道菌中同樣含有大量的支鏈脂肪酸,人體是否同樣也會用單甲基支鏈脂肪酸來判斷營養狀況?該問題有待進一步研究。http://t.cn/A6MWp2Q3

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