Cell子刊解读！大脑中的特殊激素或能帮助揭秘锻炼改善机体代谢的分子机制

2021年2月5日 讯 /生物谷BIOON/ --近日，一项刊登在国际杂志Cell Metabolism上的研究报告中，来自南加利福尼亚大学等机构的科学家们通过对小鼠进行研究后发现，一种大脑深处的细胞所表达的线粒体激素似乎在改善机体代谢和抵御肥胖上扮演着关键角色。文章中，研究者揭示了适度的锻炼如何促进下丘脑（大脑中控制代谢的小型区域）中的细胞释放名为MOTS-c的激素，MOTS-c是一种由细胞中线粒体基因组所编码的小型蛋白。

通常情况下线粒体被认为是细胞中的能量工厂，近些年来越来越多的研究发现，线粒体或能通过提供细胞过程的指令在机体健康和衰老过程中发挥重要作用，随后的研究结果也揭示了线粒体编码的MOTS-c如何与细胞核基因组相互作用并调节机体的细胞代谢和压力反应。

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压力是一种平衡的手段

这项最新研究阐明了当保持平衡时，线粒体中的压力如何促进机体的健康代谢过程；现有地研究揭示了线粒体中低水平的压力促进健康和机体长寿的分子机制，这是一种名为线粒体低毒性的兴奋效应(mitohormesis)。从本质上来讲，诸如毒素等高水平的压力会促进机体主要伤害的发生，而少量的应激因子实际上会增强健康的线粒体功能。

为了分析线粒体压力对机体代谢的影响效应，研究人员对大脑中特定类型细胞中单一基因部分或完全缺失的小鼠进行研究，这种细胞名为下丘脑阿黑皮素原(POMC，hypothalamic proopiomelanocortin)神经元，缺失的Crif1基因能够控制细胞利用线粒体编码蛋白质的方式。研究者发现，缺失Crif1基因的小鼠会经历严重的线粒体压力，当其生长到成年期时也会表现出代谢问题的迹象，比如体重增加和能量消耗降低等；此外，缺失Crif1（并不携带Crif1基因的任何拷贝）的小鼠也会出现胰岛素耐受性及机体高血糖表现，与人类2型糖尿病类似。

然而，部分缺失Crif1（能部分表达该基因，但并不能像完整基因那样发挥作用）的小鼠则会经历轻度的线粒体压力，并能被保护抵御肥胖或胰岛素耐受性；当给与高脂肪饮食时，部分缺失Crif1基因功能的小鼠则相比正常小鼠而言体重增加较少，即使其摄入了更多的卡路里依然如此；深入研究后，研究者发现，受影响的神经元能够表达更多MOTS-c以及β-内啡肽（β-END），β-END是一种能在锻炼期间被释放的疼痛抑制分子。

研究者表示，POMC神经元中表现出轻微线粒体压力的小鼠或会因体内脂肪组织的改变而避免肥胖的发生，携带部分Crif1基因功能缺失的小鼠则会表现出更多的产热作用，深入分析其机体中的脂肪细胞，研究者发现其体内棕色脂肪细胞的水平增加了。

MOTS-c疗法和锻炼能够带来相似的益处

随后的实验中，研究人员模拟了这些改变，包括通过将MOTS-c注射到大脑中来直接增加棕色脂肪的水平和机体的生热作用。值得注意的是，当小鼠进行适度锻炼后同样能够产生好处，研究结果表明，平衡轻度线粒体压力的过程或许是锻炼能够改善机体代谢的关键部分，这一过程似乎能通过MOTS-c来介导，并补充了支持激素进行代谢参与的研究。

研究者Lee说道，我们的大脑是许多生理功能的控制中心，本文研究揭示了锻炼生理学的一种新机制，其或能为未来模拟运动疗法的开发提供一定的思路和基础。当前研究结果表明，线粒体激素不仅作用于局部的肌肉组织，还来自于大脑的新陈代谢总部。最后研究者指出，问题在于，在运动时，线粒体到底是与指挥中心沟通，还是绕过指挥中心直接与外周器官通讯呢？后期他们还需要深入研究MOTS-c在机体锻炼和代谢过程中扮演的关键角色。（生物谷Bioon.com）

参考资料：

【1】Gil Myoung Kang，Se HeeMin，Chan Hee Lee， et al. Mitohormesis in Hypothalamic POMC Neurons Mediates Regular Exercise-Induced High-Turnover Metabolism. Cell Metabolism. Volume 33， Issue 2， P334-349.E6， February 02， 2021 DOI： 10.1016/j.cmet.2021.01.003

【2】Body and mind： Hormones in the brain may explain how exercise improves metabolism

by University of Southern California