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Nature Metabolism丨“辟谷精”圓您“長(cháng)壽夢(mèng)”，單細胞技術(shù)助力機制研究

發(fā)布時(shí)間：2024-07-24 作者：江蘇瑞明生物科技有限公司 點(diǎn)擊次數：24次

內容概要：
健康長(cháng)壽一直是人類(lèi)的終極追求，廈門(mén)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的林圣彩院士與鄧賢明教授合作，歷時(shí)六年，結合辟谷、卡路里限制等生理條件下，機體內AMPK（腺苷酸激活蛋白激酶）的激活原理，開(kāi)發(fā)了一個(gè)AMPK激活劑—— “Aldometanib”，中文意譯為“辟谷精”（圖1），十分有望借此實(shí)現人類(lèi)健康長(cháng)壽的夢(mèng)想。這項研究題為The aldolase inhibitor aldometanib mimics glucose starvation to activate lysosomal AMPK，于10月10日在線(xiàn)發(fā)表于《自然》子刊Nature Metabolism雜志上。

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圖1. “辟谷精”的化學(xué)結構

“辟谷精”之所以取詞“辟谷”是因其激活的AMPK是機體內的一個(gè)關(guān)鍵的、維持代謝穩態(tài)的酶，而細胞或機體內的AMPK是在饑餓和卡路里限制，即俗稱(chēng)的辟谷的狀態(tài)下被激活的。AMPK所起到的抑制脂肪合成及促進(jìn)脂肪分解等功能可促進(jìn)許多代謝紊亂疾病中的代謝回歸到正常穩態(tài)，特別是其同時(shí)通過(guò)抑制另一個(gè)促進(jìn)合成代謝和細胞增殖的蛋白質(zhì)mTOR的活性，能夠緩解病征，甚至延年益壽。

關(guān)于細胞和機體內AMPK激活機制，林圣彩院士團隊展開(kāi)過(guò)十多年的探索研究，逐步發(fā)現了AMPK感知葡萄糖水平而被激活的機理。這一機理最近被命名為“林通路（lysosomal pathway）”。林通路是一種精密而靈敏的調節AMPK的方式，有助于機體快速地響應營(yíng)養物質(zhì)的缺乏，啟動(dòng)AMPK的作用和相關(guān)的維持代謝穩態(tài)的過(guò)程。十分奇特的是，林通路還具有激活特異區域的AMPK的特性，即其激活的并非整個(gè)細胞內的AMPK，而只局限于溶酶體上一小部分AMPK（圖2）。這一性質(zhì)使其為開(kāi)發(fā)有臨床意義的AMPK激活劑提供了原理和思路，否則細胞動(dòng)輒就啟動(dòng)所有的AMPK“庫”，引起如心肌肥大等副作用。

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圖2.“林通路（lysosomal pathway）”激活AMPK的模式詳解：在葡萄糖和 FBP 水平下降的情況下，但在細胞能量變得有限之前，溶酶體定位的 AMPK 通過(guò)溶酶體激活軸被激活。在這個(gè)軸上，FBP 的缺乏被溶酶體質(zhì)子泵液泡 H +-ATP 酶(v-ATP 酶)相關(guān)的醛縮酶直接感知，其反過(guò)來(lái)阻斷內質(zhì)網(wǎng)(ER)定位的鈣通道瞬時(shí)受體電位 V (TRPV)亞家族，將低細胞葡萄糖轉化為低鈣信號在 ER- 溶酶體接觸。然后 TRPV 與 v-ATPase 相互作用，引起醛縮酶 -v-ATPase 復合物的重構，導致 v-ATPase 的抑制。因此，AXIN 利用 v-ATPase 及其相關(guān)的調節器(包括五個(gè) LAMTOR 亞基，LAMTOR1-5)作為對接位點(diǎn)來(lái)束縛肝激酶 B1(LKB1) ，一種 AMPK 上游激酶。這導致了 Thr172處的 AMPK 磷酸化及其激活。溶酶體 AMPK 激活發(fā)生在體內的各種生理條件，如饑餓和熱量限制。
基于此，林圣彩團隊鎖定了林通路中醛縮酶這個(gè)葡萄糖感受器，同擅長(cháng)藥物開(kāi)發(fā)的鄧賢明團隊合作，在龐大的藥物庫中篩選到了“辟谷精”（aldometanib）這個(gè)醛縮酶的抑制劑，能夠特異性抑制溶酶體上的醛縮酶，而不影響其他參與正常葡萄糖代謝的醛縮酶的特點(diǎn)，從而避免了全面抑制糖酵解所引起的細胞代謝的紊亂。aldometanib選擇性阻斷果糖 -1,6-二磷酸(FBP) 與醛縮酶結合，激活 AMPK 的溶酶體庫，并對嚙齒動(dòng)物具有有益的代謝作用。在雄性小鼠中，aldometanib可引起胰島素非依賴(lài)性降糖作用，而不引起低血糖。aldometanib 還能減輕肥胖雄性嚙齒動(dòng)物的脂肪肝和非酒精性脂肪性肝炎。此外，aldometanib 延長(cháng)了秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)和小鼠的壽命和健康壽命?？傊?，aldometanib模擬并采用與葡萄糖饑餓相關(guān)的溶酶體 AMPK 激活途徑（林通路）來(lái)發(fā)揮生理作用，并且可能具有治療人類(lèi)代謝紊亂的潛力。辟谷過(guò)程只通過(guò)“林通路”激活溶酶體上的AMPK，而不影響其他部分的AMPK激活。

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圖3. “辟谷精”通過(guò)“林通路（lysosomal pathway）”激活AMPK的模式圖。該圖示意，“Aldometanib”，即“辟谷精”，通過(guò)抑制醛縮酶（ALDO），結合葡萄糖代謝物FBP（1，6-二磷酸果糖），從而自認為細胞處于饑餓狀態(tài)，啟動(dòng)了AMPK激活的程序，從而起了降糖、緩解脂肪肝、延長(cháng)壽命等益處。
林圣彩和鄧賢明團隊的工作在細胞層面和模式動(dòng)物實(shí)驗中均充分說(shuō)明和驗證了“辟谷精”通過(guò)AMPK行使的生理功能。在其中的細胞層面驗證實(shí)驗中，實(shí)時(shí)單細胞多模態(tài)分析從單細胞層面驗證了“辟谷精”對醛縮酶（二磷酸果糖酶）的抑制作用。
研究中使用江蘇瑞明生物科技有限公司生產(chǎn)的Ray-Pro型號實(shí)時(shí)單細胞多模態(tài)分析儀的微納米操作系統操縱裝載約10μl FBP（1,6-二磷酸果糖）溶液(1mM，溶于 PBS)的空心探頭結合超微量提取注射系統將FBP遞送到細胞內，同時(shí)顯微操作系統操縱光探頭結合激發(fā)光源系統傳輸激發(fā)光至單個(gè)穩定表達 TRPV4-GCaMP6s （瞬時(shí)感受器電位離子通道4的鈣離子熒光探針）的 HEK293T 細胞，通過(guò)光信號采集系統實(shí)時(shí)原位監測遞送FBP后單個(gè)細胞的熒光響應變化。原位測定辟谷精對醛縮酶與1,6-二磷酸果糖（FBP）結合的抑制作用。

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     圖4         

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  圖5


 圖4. 文中數據發(fā)現指示劑 TRPV4-GCaMP6s的熒光在 Aldotanib 處理后下降，說(shuō)明Aldotanib（辟谷精）抑制 TRPV 的活性。

圖5. 實(shí)時(shí)單細胞多模態(tài)分析儀實(shí)驗結果：超微量顯微注射 FBP（1,6-磷酸果糖）未能恢復 Aldotanib 預處理的細胞中 TRPV4-GCaMP6s 的熒光信號，而 FBP 恢復了未用辟谷精處理的對照細胞中的熒光信號，證明辟谷精能有效的抑制FBP與醛縮酶的結合。

綜上：使用瑞明生物實(shí)時(shí)單細胞多模態(tài)分析儀不僅實(shí)現了與其他細胞層面數據相互佐證，而且通過(guò)遞送FBP實(shí)現單細胞層面的實(shí)時(shí)原位監測細胞響應，給辟谷精有效抑制FBP與醛縮酶的結合提供有力的證據。
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