冷，會(huì)改變脂肪細(xì)胞的表觀遺傳特性

作者:    信息來(lái)源:    發(fā)布時(shí)間: 2018-05-24

一項(xiàng)關(guān)于脂肪細(xì)胞的新研究，發(fā)現(xiàn)了通過(guò)控制生活方式和外部環(huán)境影響基因表達(dá)的分子機(jī)制。該機(jī)制包括了下一代藥物研究的潛在靶標(biāo)，以治療包括糖尿病和肥胖在內(nèi)的代謝疾病。這項(xiàng)研究近日已發(fā)表在《Nature Communications》上。

研究人員追蹤了長(zhǎng)時(shí)間曝露于寒冷溫度中時(shí)表觀基因組發(fā)生的變化，以及這些變化如何使得存儲(chǔ)能量的白色脂肪細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)生熱量的褐色脂肪細(xì)胞。

日本東京大學(xué)和東北大學(xué)的代謝表觀遺傳學(xué)家Juro Sakai教授說(shuō)：“我們認(rèn)為，這是首次收集到數(shù)據(jù)證明環(huán)境刺激與表觀遺傳變化之間存在兩個(gè)步驟?！?/p>

基因表達(dá)受到表觀遺傳的調(diào)節(jié)，表觀遺傳指的是在基因序列“之上”的化學(xué)信號(hào)模式。個(gè)體的基因序列在受孕時(shí)就確定了，但是外部環(huán)境因素和個(gè)人的生活方式會(huì)在一生中持續(xù)改變表觀遺傳序列，從而持續(xù)地改變著基因表達(dá)的方式?？茖W(xué)界長(zhǎng)期以來(lái)一直推測(cè)細(xì)胞內(nèi)部可能存在一種逐步的過(guò)程來(lái)控制外部環(huán)境對(duì)表觀基因組的影響，但是之前并沒(méi)有研究發(fā)現(xiàn)確切的分子機(jī)制。

顫抖能通過(guò)加熱肌肉在短時(shí)間內(nèi)使身體產(chǎn)生熱量，但是生熱作用是褐色脂肪細(xì)胞利用脂肪產(chǎn)生熱量來(lái)使身體長(zhǎng)期保持溫暖的一個(gè)化學(xué)過(guò)程。褐色脂肪被認(rèn)為是健康脂肪，它與白色脂肪不同，過(guò)多的白色脂肪被認(rèn)為與多種代謝疾病相關(guān)。

當(dāng)生物體長(zhǎng)期處于寒冷環(huán)境中時(shí)，交感神經(jīng)系統(tǒng)會(huì)通過(guò)釋放腎上腺素的方式進(jìn)行反應(yīng)。如果低溫持續(xù)，這些腎上腺素信號(hào)最終會(huì)到達(dá)白色脂肪細(xì)胞。環(huán)境表觀遺傳控制過(guò)程的第一步是，細(xì)胞啟動(dòng)名為JMJD1A蛋白質(zhì)中的一個(gè)氨基酸發(fā)生特定的變化，改變后的JMJD1A蛋白質(zhì)會(huì)募集其他的蛋白質(zhì)。在第二步中，JMJD1A蛋白質(zhì)復(fù)合體被啟動(dòng)生熱作用的基因利用，并改變表觀遺傳模式使它們變得活躍。這些表觀遺傳變化會(huì)將白色脂肪細(xì)胞轉(zhuǎn)化成“米色脂肪細(xì)胞”。這種脂肪細(xì)胞能表現(xiàn)出像褐色脂肪細(xì)胞一樣完成生熱作用。

米色脂肪細(xì)胞增多，白色脂肪細(xì)胞減少能夠減輕代謝疾病（比如糖尿病和肥胖）的癥狀或負(fù)面健康影響。盡管將白色脂肪細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)槊咨炯?xì)胞并增強(qiáng)生熱作用是應(yīng)對(duì)長(zhǎng)期寒冷環(huán)境的一種與腎上腺素相關(guān)的自然應(yīng)激反應(yīng)，但是研究人員稱，這種白-米色脂肪細(xì)胞轉(zhuǎn)化的過(guò)程可以不需要腎上腺素和寒冷的壓力。

Sakai說(shuō)：“理解環(huán)境如何影響代謝對(duì)于科學(xué)、藥理學(xué)和醫(yī)學(xué)都非常重要。我們接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)將進(jìn)一步研究生熱作用信號(hào)通路中的表觀遺傳變化，從而使得我們能控制這一過(guò)程?！?/p>

目前的代謝疾病藥物主要依賴于流經(jīng)全身的激素和靶向整個(gè)蛋白質(zhì)的藥物。Sakai的研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，在未來(lái)，我們可以通過(guò)靶向單一氨基酸的方式來(lái)治療代謝疾病。

JMJD1A蛋白質(zhì)還參與到很多其他的過(guò)程中，包括癌癥、不孕不育、干細(xì)胞再生以及胚胎性別決定等。然而，Sakai的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)序列中的位點(diǎn)對(duì)于控制蛋白質(zhì)的不同活性來(lái)說(shuō)具有極高的特異性，控制這些特定的氨基酸或許能夠提供精確的藥物靶點(diǎn)。

這項(xiàng)研究使用了小鼠細(xì)胞。對(duì)人類來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)期寒冷可以指經(jīng)常在4℃以下的環(huán)境。除了生活在寒冷環(huán)境中以外，褐色脂肪生熱作用對(duì)于新生兒來(lái)說(shuō)也是非常重要的，因?yàn)樗麄冊(cè)谧訉m中的溫度是37℃，但是普通的室溫卻是23℃。

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