林圣彩教授課題組在Nature雜志上發(fā)文闡釋AMPK響應葡萄糖的機制

發(fā)布時間：2017-07-20來源：廈門大學生命科學學院點擊數：2814                                

       7月19日，廈門大學生科院林圣彩教授課題組在國際頂級學術雜志《自然》上發(fā)表了題為“Fructose-1,6-bisphosphate and aldolase  mediate glucose sensing by  AMPK”—“果糖1,6-二磷酸和醛縮酶介導AMPK感知葡萄糖”的研究性論文，揭示了機體感受葡萄糖水平并調節(jié)代謝模式的機制。

　　葡萄糖是生物中最基本、最主要的營養(yǎng)物質，它不僅是機體能量的主要來源，也是生物質合成的主要原料。因此，葡萄糖的水平對于生物體是極其重要的。然而，在生活中，體內葡萄糖水平的波動是十分常見的，這是因為我們不可能每時每刻都在攝入葡萄糖：睡一大覺、劇烈運動幾個小時或者太忙了沒時間吃飯，都會引起葡萄糖水平的顯著下降。這時，機體能夠觸發(fā)一套有效的過程應對這類“不利情況”，其中最為關鍵的就是激活“代謝的核心調節(jié)”——AMPK。在葡萄糖水平下降時，被激活的AMPK能夠迅速啟動脂肪、蛋白質的分解代謝，關閉它們的合成代謝，從而起到維持機體的能量和物質代謝的平衡，彌補機體因葡萄糖不足引起的脅迫壓力。

　　那么，機體如何感受葡萄糖水平下降，并“傳遞”給AMPK使其激活呢？這個問題還遠沒有弄清楚。目前的理論把葡萄糖看作一種“能量信號”，它的下降將引起細胞內的能量分子——ATP含量的下降，進而引起另一種代表低能量狀態(tài)的分子——AMP水平的上升，AMPK的激活劑從而直接激活AMPK。可惜的是，目前并沒有一種生理狀態(tài)能夠對應上這種理論。

　　林圣彩教授課題組的這項研究正是發(fā)現了生理狀態(tài)下機體感受葡萄糖水平的機制。通過研究他們發(fā)現，無論在不含葡萄糖的細胞培養(yǎng)條件下，還是在饑餓的低血糖的動物體內，都不能觀測到AMP水平的上升，這充分說明了機體有一套尚不為人知的、獨立于AMP的感應葡萄糖水平的機制。在進一步的研究中他們揭示了這一完整過程：葡萄糖水平下降將引起的葡萄糖代謝中間物——果糖1,6-二磷酸（fructose-1,6-bisphosphate）水平的下降，該過程進一步地被糖酵解通路上的代謝酶——醛縮酶（aldolase）感應，因為醛縮酶正是將含有6個碳原子的果糖1,6-二磷酸裂解成三碳糖的酶，一旦醛縮酶“吃不到”由葡萄糖衍生的果糖1,6-二磷酸，它便“翻臉”，傳遞給也正是林圣彩教授課題組先前發(fā)現的溶酶體途徑進而激活AMPK。該過程完全不涉及AMP水平，即能量水平的變化，是一條全新的、完全建立在實際的生理情況上的通路。

　　林圣彩教授進一步地把葡萄糖水平總結為一種“狀態(tài)信號”，以區(qū)別于傳統(tǒng)的“能量信號”。他介紹，葡萄糖的存在本身就是一種“狀態(tài)”，可以引起一系列生理生化反應。葡萄糖水平對機體代謝的調節(jié)不需要“繞道”能量水平，而是可以直接地被感知，進而讓細胞感受到“富足”，啟動合成代謝；而葡萄糖水平下降時，細胞感知到“貧窮”，關閉合成代謝。對于生物體來說，能量水平的穩(wěn)定是至關重要的，ATP水平的下降對機體的傷害是巨大的，因此等到能量水平下降再作出應激反應很可能為時已晚?！盃顟B(tài)信號”的存在使得機體能夠“前瞻性”地應對復雜的外界條件和各種應激壓力，保證生命活動的有序進行。林圣彩教授最后說：“生物體是進化的完美產物，可以說是神奇甚至神圣的，它擁有許多超乎我們想象的絕妙機制來克服各種困難。今后，我們將以更寬闊的眼界和更全面的知識去審視，去研究能量、物質代謝和生物體應激反應之間的統(tǒng)籌、互作與調節(jié)的復雜而又深刻的關系?！睋ぃ撈咸烟歉兄返陌l(fā)現對開發(fā)用于治療肥胖癥，乃至延長壽命的藥物具有深遠的意義。

      論文鏈接：http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature23275.html