运动、节食、激素，这3招有利于细胞“自我清洁”

发布时间：2024-12-06 13:14

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近日，哈佛医学院的一项研究表明，运动、节食和一系列激素，可以激活细胞内的蛋白清理系统，增强其清除缺陷、有毒或不需要蛋白质的能力。相关研究成果于2月19日发表在《PNAS》期刊。

来自哈佛医学院Blavatnik研究所的细胞生物学教授Alfred Goldberg和团队揭示了一种前所未知的新机制，可以快速启动细胞内负责清理“垃圾蛋白”的分子机制，从而促使细胞调整蛋白含量，以满足新的需求。

细胞的“自我清洁”

一旦细胞对蛋白质的处理机制出现故障，会造成废弃或者错误折叠的蛋白质累积，从而造成堵塞、影响功能，最终容易引发疾病，例如神经类退行性疾病。

细胞内清理“垃圾蛋白”的主要机制是泛素-蛋白酶体途径（ubiquitin-proteasome pathway）——被泛素分子标记的缺陷或者不需要的蛋白质，最终会被26S蛋白酶体清理掉。这一标记被称为“死亡之吻”（kiss of death）。

Alfred Goldberg团队过去的研究表明，一类提高cAMP分子（一种胞内信号因子）水平的药物，可以激活泛素-蛋白酶体途径，增强病变蛋白的清理过程。

刺激“清洁力”的3招

https:///10.1073/pnas.1809254116

然而，最新研究却表明，这一“清洁”过程不需要借助药物，而是刺激细胞内在的质量控制能力，这主要包括3招：

1)运动。研究团队分析了4名志愿者在快速骑自行车前后的大腿肌肉细胞的变化。结果表明，运动后，细胞内的蛋白酶体显示出更强的蛋白降解分子标记，包括更高水平的cAMP。同样的结果也在大鼠反复收缩的大腿中验证了。

2)禁食。即便是短时间也会对蛋白清除机制产生积极的影响。研究表明，禁食12小时会增加小鼠肌肉和肝细胞中蛋白酶的活性。

3)激素。研究发现，胰高血糖素能够刺激蛋白酶体的活性，增强细胞处理错误折叠蛋白的能力。除了胰高血糖素之外，肾上腺素、抗利尿激素也会产生类似的效果。

而且，这些因素会快速反应，例如暴露于抗利尿激素中会在5分钟内触发肾细胞中的蛋白质降解，并在1小时内消退至暴露前的水平。

研究还表明，刺激细胞内cAMP水平的多种激素似乎能改变细胞组成的共同机制。

百年“传承”

这项新发现建立在近一个世纪前由哈佛医学院医生Walter Cannon首个提出的关于“激素生理效应”的观察基础之上，这些研究后被其写入《身体的智慧》（The Wisdom of the Body，1932年）一书中。

Walter Cannon最值得注意的成就中包括确定了肾上腺素的作用机制——是机体应对压力的重要生存反应。

百年后，新的研究再次阐明了这一意义。“我们认为，最新的研究是一个‘新古典主义发现’，它建立在近一个世纪前的发现和观察的基础上。” Alfred Goldberg总结道。

参考资料：

Vigorous exercise, fasting, hormones improve elimination of toxic, misfolded, unnecessary proteins in mouse, human cells

26S Proteasomes are rapidly activated by diverse hormones and physiological states that raise cAMP and cause Rpn6 phosphorylation