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細胞內銅含量低與脂肪細胞變得更胖有關

來源 : 亞洲健康互聯海外中心
update : 2018/10/15
圖片來源:約翰霍普金斯大學Haojun Yang

在對小鼠細胞的研究中,約翰霍普金斯大學的研究人員發現,細胞的銅含量低,能透過改變細胞處理主要代謝燃料(如脂肪和糖)的方式,使脂肪細胞變得「更胖」。這一發現進一步證實,銅含量的穩定狀態,有朝一日可能會成為包括肥胖在內的許多代謝紊亂疾病的治療靶點。 但研究人員也警告說,儘管已經發現了人體內銅和肥胖之間的關聯性,但仍需要做更多的工作來更好地理解這種關聯。

在西方世界,除了懷孕,膳食銅缺乏的情況並不常見,其主要的健康風險與銅失衡的遺傳疾病有關。 包含蔬菜、堅果甚至巧克力的飲食,通常含有足夠的銅來維持人體內健康的銅水準。

人體在生物上必需的礦物質有助於許多體內過程,如色素及新血管的形成以及神經認知等。 根據約翰霍普金斯大學醫學院生理學教授,高級研究員Svetlana Lutsenko博士.的說法,銅失衡與數種神經系統疾病有關,而體內銅的變化也與抑鬱症以及睡眠模式的變化有關。

「我們不斷地看到,當體內組織中的銅失衡時,人體健康就會受到重大影響」,Lutsenko說。

該研究(The study)在PLOS Biology期刊上發表,描述了銅平衡在稱為脂肪細胞的脂肪儲存類細胞中的生理作用。本文的第一作者,約翰霍普金斯大學醫學院細胞與分子生理學研究生Haojun Yang試圖瞭解上述問題。

為了瞭解脂肪細胞如何利用銅,她在實驗室中培養了小鼠脂肪細胞前體,這些前體可以透過化學信號發育成成熟的脂肪細胞(用於儲存燃料的脂肪細胞)。研究人員監測了細胞的銅吸收,以及在這一發育過程中產生的蛋白質。

他們發現,在上述細胞成熟過程中,脂肪細胞攝入的銅量是其前體的兩倍。 他們還發現幾種含銅蛋白質的含量變得更高,尤其是一種名為氨基脲敏感胺氧化酶(semicarbazide-sensitive amine oxidaseSSAO)的酶,它被「上調」到前體細胞水準的70倍。

Lutsenko說,過去的研究表明,SSAO是銅依賴性的,並且在脂肪組織中是普遍表達的,但不清楚細胞銅水準如何影響SSAO,以及SSAO活性如何與脂肪細胞代謝相關。

為了研究細胞的銅消耗是否影響SSAO的功能,Yang在脂肪細胞成熟過程中限制了可利用的銅量。 她發現銅缺乏並沒有阻止細胞發育成成熟的脂肪細胞,但是,出乎意料的是,缺銅的細胞竟然長到了健康細胞的兩倍以上,並含有比在銅充分條件下的正常細胞更多的脂肪分子(稱為脂質)。

「這項研究表明,銅對脂肪細胞的健康發育和代謝非常重要」,Lutsenko說。

為了確定銅依賴性SSAO活性的喪失是否是銅缺乏細胞的大小和脂肪積累變化的原因,Yang利用基因編輯技術來產生缺乏酶的細胞並監測其發育。 當被化學誘導成為成熟的脂肪細胞時,這些實驗室培養的小鼠細胞看起來與早期實驗中缺乏銅的細胞非常相似,它們能生長到正常細胞大小的兩倍,並含有更多的脂質。

該結果證實了細胞銅含量對於SSAO功能是必需的,並且該酶的失活會導致脂肪細胞異常生長。 而目前尚不清楚這些細胞是如何積累如此多的脂質的。

「在正常細胞中,兩種細胞燃料脂質和糖的攝入量是平衡的,」Yang說。 「而似乎銅缺乏能將這種平衡轉向脂肪堆積。」

研究人員知道SSAO具有胰島素樣作用,能導致細胞消耗更多的糖。 他們假設阻礙該酶的功能可能會迫使細胞轉換燃料來源。為了驗證這一假設,研究人員比較了三種細胞系的蛋白質譜,並觀察了這些細胞成熟時,蛋白質表達和糖或脂質攝入量的差異。

所觀察到的缺乏SSAO的細胞種最顯著變化是,吸收和加工糖的蛋白質變少了,而促進脂質的攝取和加工的蛋白質含量增高。

「這表明SSAO對許多代謝功能至關重要,包括糖吸收與脂肪吸收之間的轉換」 Yang說。研究人員正計畫在患有脂肪肝和糖尿病的病人血液中監測SSAO,因為SSAO在這些個體的血液中升高。 「我們懷疑SSAO可能也有助於調節其他組織的燃料選擇」 Yang說。