研究有助于了解细胞水平上能量代谢的调节方式

《Faseb 杂志》发表的 一篇 文章 介绍了一项巴西研究，该研究分析了两个关键的能量代谢调节过程之间的相关性：线粒体(为细胞产生能量的细胞器)对钙离子的吸收和释放;以及热量限制引起的自噬。当细胞分解并重新使用自己的细胞质时，就会发生自噬。

该研究是 在生物医学氧化还原过程研究中心 ( Redoxome ) 进行的，该中心是一个由 FAPESP 资助并由圣保罗大学化学研究所 (IQ-USP) 主办的研究、创新和传播中心 ( RIDC )。

Redoxome 的研究人员由 IQ-USP 教授Alicia Kowaltowski领导 ，他们发现，负责钙离子外流的转运蛋白 NCLX 是整合线粒体、钙离子控制自噬和细胞对营养物质可用性的反应的关键调节节点，从而建立了自噬和线粒体钙之间的联系。

“我们的发现之所以重要，是因为这些过程之间存在联系。线粒体和自噬都参与新陈代谢，因此它们之间的联系是有道理的。细胞生物学研究人员倾向于分开看待事物，但我们应该记住，在细胞中，一个过程依赖于另一个过程并对其进行调节。虽然这项研究是基础科学，可能看起来有些抽象，但这些知识肯定有助于开发治疗各种疾病的目标，” Redoxome 团队成员、文章第一作者Vitor de Miranda Ramos说。

拉莫斯在英国纽卡斯尔大学维克多·科罗尔丘克的实验室工作期间进行了部分研究，并通过海外研究实习(BEPE)获得了 FAPESP 的支持。

线粒体除了为细胞产生能量外，还直接参与多种钙敏感细胞调节途径，这得益于其吸收和释放钙离子的能力。线粒体对钙离子的吸收由线粒体钙离子单向转运复合物介导。NCLX，即线粒体 Na + /Li + /Ca 2+ 交换器，将钙离子从线粒体基质释放到内膜和外膜之间的空间，以交换钠离子。

钙离子影响细胞生命的几乎所有方面。钙离子是代谢信号中众所周知的第二信使，在自噬调节中起着重要作用。

电池回收

自噬是进化过程中高度保守的过程，包括细胞成分的降解和回收，主要目的是维持细胞稳态。由于自噬可以去除不需要的元素并促进营养物质的利用，因此对于质量控制、组织更新和代谢调节必不可少。

除了基本功能外，自噬还会因营养物质供应减少而被激活，被认为是限制热量带来益处的机制之一。

在这项研究中，作为研究线粒体钙转运与自噬之间联系的起点，研究人员让小鼠接受四个月的热量限制，发现它们的肝线粒体中 NCLX 的含量高于饮食不受限制的小鼠样本。然后，他们使用培养的肝细胞创建模拟热量限制的模型，并再次观察到 NCLX 表达的增加。

机制

在对自噬过程的不同阶段进行测量后，研究人员发现 NCLX 活性影响了该过程的初始步骤。在自噬过程中，细胞成分被自噬体(吞噬待降解物质的囊泡)隔离，而这些囊泡又与溶酶体融合，促进细胞器或蛋白质的消化。研究中获得的数据使研究人员得出结论，NCLX 失活导致的细胞内钙离子变化会干扰自噬体的形成，从而损害自噬的初始步骤。

与预期相反的是，研究人员还发现，NCLX 抑制不会影响线粒体的三磷酸腺苷 (ATP，为细胞提供能量的分子) 或 AMP 活化蛋白激酶 (AMPK) 的产生，后者在细胞能量下降时会增加。

Kowaltowski 说：“NCLX 对自噬的调节是通过细胞钙进行的，独立于 AMPK 通路。”

作者认为，需要开展更多研究来阐明细胞质钙控制自噬的复杂机制。“钙信号传导显然非常复杂，可能在细胞中无处不在：许多蛋白质可以与钙结合并受钙调控，因此很难得出具体的机制，”拉莫斯说。

大脑消耗大量能量，需要大量线粒体。细胞损伤的累积会导致细胞亡和病理发展。“虽然我们没有专门研究病理背景，但钙信号和自噬之间的联系很有趣，因为它可能与疾病进展有关。当这种转运蛋白失去活性时，就会造成相当大的损害，而通过自噬清除这种损害的过程就会受损。未来的研究将能够进一步阐明这一点，”Kowaltowski 说。

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