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【Biorbyt 科研專題】體重管理年,，你必須要了解的“線粒體”專題來了~

來源：武漢博歐特生物科技有限公司 2025年03月25日 13:32

【Biorbyt 科研專題】體重管理年，你必須要了解的“線粒體”專題來了~

原創(chuàng) biorbyt 英國biorbyt

3月9日，“十四屆*國*大三次會議”舉行記者會,，*家衛(wèi)*健康*員會主任“雷海潮”表示，將持續(xù)推進“體重管理年”行動,，普及健康生活方式,。國家衛(wèi)生健康委面向公眾發(fā)布了《體重管理指導原則（2024年版）》。

說到體重管理,，必須要了解“能量代謝”,！

你知道嗎？真核細胞中最重要的產(chǎn)生能量的細胞器是“線粒體”,，在調節(jié)能量代謝中起著關鍵作用,。線粒體內三種主要營養(yǎng)素（糖、脂類和蛋白質）的代謝過程為細胞提供了生命活動所需的 95% 的能量（如下圖）,。

人體的能量代謝

圖 1.細胞中的葡萄糖代謝,、脂肪酸代謝和氨基酸代謝,。

葡萄糖首先在細胞質中轉化為丙酮酸，稱為糖酵解,。丙酮酸的去向取決于氧氣供應和線粒體呼吸能力 ,。在常氧條件下，丙酮酸通過線粒體丙酮酸載體（MPC）進入細胞線粒體,。

人體脂肪分為兩大類：甘油三酯（TG）和膽固醇,。甘油三酯在能量代謝中起關鍵作用，而膽固醇主要參與細胞膜和激素合成,。脂肪酸是甘油三酯的關鍵成分,，在氧氣充足的情況下，脂肪酸被?；o酶 A 合成酶轉化為?；o酶 A，然后經(jīng)歷復雜的運輸過程進入線粒體,。

蛋白質對生命過程至關重要,，構成了人體組織的重要組成部分。它們可以通過兩種方式分解：通過蛋白水解或蛋白酶體泛素化,，導致蛋白質分解成氨基酸,。在線粒體中，這些氨基酸進一步分解,。氨基酸的分解在葡萄糖利用率低時提供能量,。

最終，三大營養(yǎng)素在線粒體中通過"氧化磷酸化 （OXPHOS）" 產(chǎn)生三磷酸腺苷（ATP）,ATP作為細胞內能量傳遞的“能量貨幣”,，儲存和傳遞化學能,。

線粒體的分子調控

除了作為“細胞動力源”的關鍵功能外，線粒體在細胞增殖,、分化,、免疫反應和氧化還原平衡等重要生命過程中也是*不*少的。為了響應各種生理信號或外部刺激,，已經(jīng)進化出一種復雜的線粒體質量控制（MQC）機制,，包括線粒體生物發(fā)生、線粒體動力學和線粒體自噬等關鍵過程,。

圖2.線粒體質量控制的分子調控,。

a PGC-1α 在“線粒體生物發(fā)生”中起著核心作用。包括 AMPK,、Sirts 和 Ca2+ 在內的幾種調節(jié)因子參與 PCG-1α 表達和活性的調節(jié),。此外，PGC-1β 還參與線粒體生物發(fā)生過程。

b “線粒體動力學”包括裂變和融合,。裂變相關蛋白（DRP1,、FIS1、MFF 等）介導線粒體的裂變,，這一過程接受內質網(wǎng)和多種激酶等各種因素的復雜調節(jié),。融合事件包括 MFN 介導的線粒體外膜融合和 OPA1 介導的線粒體內膜融合，同樣,，它們在融合的不同階段受到復雜的調節(jié),。

c “線粒體自噬”的作用是及時去除受損的線粒體。

線粒體自噬有兩種途徑,，分別是 PINK1/Parkin 依賴性通路和 PINK1/Parkin 非依賴性通路,。它們的共同特征是形成包圍受損線粒體的自噬體和多個細胞內信號的復雜調節(jié)。此外,，線粒體中蛋白質質量控制系統(tǒng)的存在會去除錯誤折疊的線粒體蛋白質，積累的未折疊蛋白質會促進線粒體自噬,。

線粒體研究的熱門靶點

過氧化物酶體增殖物激活受體（PPAR）-γ 共激活因子-1α（PGC-1α）

PGC-1α是線粒體生物發(fā)生的最關鍵調節(jié)因子,，促進線粒體蛋白的轉錄和 mtDNA 的復制，參與幾乎所有與線粒體生物發(fā)生相關的過程的調節(jié),。

AMP 活化蛋白激酶（AMPK）

AMPK 是連接細胞代謝和免疫反應的關鍵參與者,，是能量變化的重要傳感器。

CaMK

Ca2+ 在調節(jié)線粒體生物發(fā)生中起著至關重要的作用,。當 Ca2+ 水平增加時,，它會觸發(fā)涉及 CaMK 激活的通路，導致 PGC-1α 和 TFAM 的表達,。

Sirtuin 1 （Sirt1）

Sirt1 是一種經(jīng)過充分研究的“長壽基因”,，是一種 NAD+ 依賴性組蛋白脫乙酰酶，對線粒體蛋白的去乙?；苤匾?。

有絲分裂蛋白（MFN）

線粒體外膜融合*全依賴于 MFN1 和 MFN2，它們是哺乳動物中高度同源的 GTP酶,。它們具有保守的GTP酶結構域,，可調節(jié)GTP結合和水解，導致構象變化,。

**視神經(jīng)*縮 1 （OPA1）**

線粒體內膜融合的主要調節(jié)因子是 OPA1,，它是類似于 MFN 的 GTP 酶家族成員。OPA1 位于線粒體內膜的內側,，通過其*特的 N 末端跨膜結構域錨定在線粒體內膜上,。

PINK1/Parkin

泛素依賴性線粒體自噬過程由 Parkin 介導，Parkin 是一種調節(jié)線粒體蛋白泛素化的 E3 泛素連接酶。

PINK1 磷酸化線粒體表面蛋白上的泛素部分,，產(chǎn)生磷酸化泛素,，從而將 Parkin 募集到線粒體。在去極化線粒體上,，Parkin 促進進一步的底物泛素化,，從而促進 PINK1 的磷酸化活性并形成正反饋回路。這兩個磷酸化事件確立了 PINK1 在 Parkin 介導的線粒體自噬中的重要作用,。

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參考文獻：

1.Fan X, Yang M, Lang Y, Lu S, Kong Z, Gao Y, Shen N, Zhang D, Lv Z. Mitochondrial metabolic reprogramming in diabetic kidney disease. Cell Death Dis. 2024 Jun 24;15(6):442. doi: 10.1038/s41419-024-06833-0. PMID: 38910210; PMCID: PMC11194272.

2.Liu BH, Xu CZ, Liu Y, Lu ZL, Fu TL, Li GR, Deng Y, Luo GQ, Ding S, Li N, Geng Q. Mitochondrial quality control in human health and disease. Mil Med Res. 2024 May 29;11(1):32. doi: 10.1186/s40779-024-00536-5. PMID: 38812059; PMCID: PMC11134732.

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