运动、节食、激素 这3招有利于细胞“自我清洁”

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://doi.org/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。