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医学科普

《Cell》重磅!科学家喊你别熬夜!

发表者:袁静萍 809人已读

引言
近日,一组来自瑞士巴塞尔大学和苏黎世大学的研究团队在国际期刊《Cell Metabolism》上面发表一篇文章,显示人体能量工厂线粒体也受到生物钟的控制,而介导线粒体分裂及融合的关键基因DRP1的磷酸化在线粒体生物节律调控中其中关键作用。另外,一组来自法国的科学家最近在国际期刊《PLoS Biology》上面发表一篇研究表明线粒体的实际温度接近50℃,远超身体常温,让人非常意外。

  熬完一夜之后,接下来一两天肯定是无精打采,除了头晕脑胀以外,无力,连走路都没有力气貌似也是经常现象。武汉大学人民医院病理科袁静萍

  不用多言,很多人都有过这样的经验。

  但是,这是什么原因呢?

  最新的研究显示这可能与人类细胞中的能量工厂-线粒体有关系

瑞士巴塞尔大学和苏黎世大学的研究团队在国际期刊《CellMetabolism》上面发表的文章(图片来自CellPress)

  近日,一组来自瑞士巴塞尔大学和苏黎世大学的研究团队在国际期刊《Cell Metabolism》上面发表一篇文章,显示人体能量工厂线粒体也受到生物钟的控制,而介导线粒体分裂及融合的关键基因DRP1的磷酸化在线粒体生物节律调控中其中关键作用【1,2】。

  因此,你一熬夜,自然就打破了线粒体固有的生物节律,导致其分裂及融合异常,这进一步造成了合成生命能源ATP的异常,没有ATP就自然没有了能量,故而熬夜之后感觉浑身乏力,就像满屏的广告说的“感觉肾被掏空了一般”。

线粒体温度高达50℃

  既然是说人类的能量工厂-线粒体,那就先来看一篇法国科学家在国际期刊《PLoS Biology》上面发表的一篇有意思的发现(实际上,这篇文章早在去年五月就刊登在了生物预印网站bioRxiv上面)【3】。

  什么发现呢?

  众所周知,人体的温度是37℃,而他们发现人体中的线粒体的温度竟然高达50℃,不得不说还是让人大吃一惊,要知道人体中的细胞都含有相当多的线粒体,五十几度不怕把细胞烫坏吗?

瑞士巴一组来自法国的科学家团队发现线粒体的温度接近50℃,最近发表在国际期刊《PLoS Biology》上面

  要知道,平常我们测量人体温度,也就是拿个温度计测量口腔、腋下或者肛门的温度,得出37℃的结论。

  然而,实际上,体内的温度可能在各个器官在不同状态下也许有一定的差距,比如你要是喝下一瓶二锅头,那是不是瞬间就能感觉到胸中的热量,“胸膛里面燃起一把烈火”,作家们经常这样写道文中人物喝完烈酒之后。

  关键是,线粒体这么小,又在细胞里面,并且数量多得数不过来,那怎么测量它们的温度呢?

线粒体的模样,左边是模式图,右边是电子显微镜观察下的线粒体形态(图片来自网络)

  因此研究人员应用了一种新方法,即采用了一种能够根据所处环境温度发生改变的染料来进行研究,这种名为Mito-Thermo-Yellow的染料能够与靶点相结合,随着周围温度的上升其会慢慢失去荧光,当对细胞中的线粒体进行研究时,研究者发现,这种新方法就能够用来准确测定线粒体的温度。

▶线粒体的昼夜节律◀

  我国自古就重视人体各个器官的节律,比如古人认为心、肝、脾、胃、肾等人体重要器官都具有自己的最佳工作时间。

  到了现代,科学家们也一样,苦苦追寻组织细胞随着昼夜时间不断变化的规律,而人体中的许多分子或者代谢产物是否也呈现出时间规律呢?

  这正是这支来自瑞士的研究团队最开始要研究的,他们采用代谢组学来研究体内的各种代谢物是否也有随着时间的变化而变化,结果有许多物质比如氨基酸类、肽段、糖类物质等等均显示出了时间规律(如下图)。

▲线粒体细胞中的一些氨基酸类、短肽类、糖类物质以及维生素等均表现出时间规律,其含量随着时间的变化而呈现出波形规律(图片来自CellPress)

  研究者们甚至发现细胞的能量物质三磷酸腺苷ATP竟然也有时间规律,也会受到生物钟的调控。

  那么,问题又来了,是什么原因导致细胞中的这些代谢物质(包括ATP在内)具有这种随着时间而变化的规律呢?

  研究者们把注意力放到了线粒体上面,因为线粒体是制造三磷酸腺苷ATP的中心,既然ATP受到生物钟的调节,那么,线粒体是不是也有可能受到生物钟调节呢?

  果不其然,研究者们进一步研究发现,线粒体也受到生物钟的调节,其在一定时间内也随着时间的变化而变化。

▲细胞中的ATP随着时间的变化,各个时间段的含量也不相同,但是具有规律可循(左图);而细胞中的线粒体也一样,同样随着时间(40小时)的不同而出现有规律的起伏变化(右图)(图片改编自CellPress)

  既然线粒体也受到生物钟调节,那么,生物钟是如何调节线粒体的呢?

  原来,线粒体之间可以融合也可以分开,处于分裂-融合的动态平衡之中。线粒体的分裂在真核细胞内经常发生,即使是在不再分裂的细胞内,线粒体为了填补已老化的线粒体造成的空缺也需要进行分裂。而线粒体的融合也是细胞中的基本事件,对线粒体正常功能的发挥具有非常重要的作用,人类细胞需要通过线粒体融合的互补作用来抵抗衰老。若是这一分裂-融合的动态平衡受到干扰,可能会导致健康问题。

  因此,生物钟通过调节线粒体的分裂-融合来达到控制线粒体多寡的目的,这样一来,细胞中的能量物质ATP也会随着线粒体的多寡而含量不同,从而能够有规律地调控ATP的多少,而ATP又是细胞活动的动力,代谢产物的产生需要依赖ATP,因此,ATP的规律变化也会让代谢产物出现规律性变化。

  因此,生物钟通过调节线粒体的分裂-融合来调控细胞的能量代谢。

  科学家们进一步发现,线粒体分裂-融合周期与一种名为DRP1的裂变蛋白息息相关,而DRP1则与内部生物钟同步,节律调节决定了线粒体在什么时候产能,产多少能。

  “在一天之中不同时间段线粒体网络具有不同定制模式,相应地,这些小细胞器(线粒体)就会影响细胞的能量分配,”这篇《Cell Metabolism》文章的通讯作者Anne Eckert教授解释道。  

  研究人员还发现,如果生物钟受损,线粒体网络就会失去节奏,导致细胞整体产能下降。类似地,用药物或遗传手段损害DRP1裂变蛋白也会扰乱产能节奏,反过来影响生物钟的节奏。  

  因此,这项发现不仅是机体代谢与生物钟之间存在联系的又一例证,并且将为许多生物钟受损和线粒体功能受损疾病的新疗法开发提供一丝线索。

  所以,还是不要熬夜,一旦熬夜就打破了线粒体的昼夜生物节律,造成能量供应失衡(难怪熬完夜之后感觉浑身无力,你需要能量的时候,线粒体不会给你供能了,因为它们的规律因熬夜已被打乱),进一步导致体内代谢异常。久而久之,就会“感觉肾被掏空了一样”,长此以往,身体健康必然出现大问题。

参考资料:

1. Circadian Control of DRP1 ActivityRegulates Mitochondrial Dynamics and Bioenergetics.2018.

2. https://www.sciencedaily.com/releases/2018/03/180306093116.htm

3. Mitochondria are physiologically maintainedat close to 50 °C.2018.

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发表于:2018-04-12 18:38

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