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氢气可诱导内源性抗氧化能力

最近Current Biology发表的一篇关于高糖毒性耐受的研究文章,这篇文章被《科学》杂志新闻报道。该文章的核心意思是,糖对某些动物如果蝇是有毒的,果蝇可以对高糖产生耐受,研究对这种耐受的分子基础进行了研究。高糖对果蝇的毒性是因为氧化应激,或者自由基产生太多,而耐受力强的果蝇能产生更高比例的抗氧化物。这个研究说明,抗氧化能力是可以根据需要进行调整的,缺乏这种调整能力的动物无法耐受这种毒性伤害。

氢气的抗氧化能力与这种内源性抗氧化耐力不同,氢气本身具有抗氧化能力,当然也有研究发现氢气能通过提高细胞本身的抗氧化能力发挥作用,例如动物呼吸氢气组织内血红素加氧酶1、SOD和过氧化氢酶等抗氧化酶活性增加,氢气的这种诱导细胞自身抗氧化能力和这种果蝇耐受高糖的情况非常类似。

自然界的动物饮食习性差异非常大,有肉食动物,有素食动物,也有杂食动物,人类就是一种典型的杂食动物。杂食动物能适应不同类型的饮食,个体遗传因素决定了应对不同饮食结构的难易程度。即使是杂食动物,如果饮食结构过于失去平衡,例如热量过多将会导致代谢问题甚至疾病的发生。

氢气可诱导内源性抗氧化能力

研究结果模式图

德国赫尔辛基大学副教授Ville Hietakangas说,动物可以通过探测食品营养状态对代谢方式进行调节,许多代谢通路属于氧化还原反应,因此氧化还原平衡也是细胞代谢的关键信号。最近他所在的课题组对氧化还原平衡对高糖饮食的调节方式进行了研究,发现动物细胞有一种新的提高细胞还原力的策略。

细胞还原力是高糖营养状态需要,从糖向脂肪转化等高糖代谢模式容易产生更多自由基和氧化损伤,细胞需要更多还原能力才能应对这种氧化应激状态。如果失去这种能力,果蝇会失去耐受糖的能力,高糖饮食无法健康生长和甚至难易生存。

调控基础是蛋白激酶SIK3参与的,SIK3是盐诱导激酶,又叫QSK,属于丝/苏氨酸蛋白激酶AMPK相关激酶家族成员,与其他AMPK相关蛋白类似,SIK3的T环结构域可以被LKB1.5磷酸化。磷酸化后产生一个14-3-3结合位点,能促进该蛋白的催化活性和细胞内定位。SIK3有许多生物学功能,其中包括能量代谢和生长的调控。

葡萄糖6磷酸脱氢酶G6PD是细胞氧化还原平衡的重要调节因子,SIK3能磷酸化激活葡萄糖代谢限速酶G6PD。SIK3能提高NADPH/NADP+比例,NADPH能增加细胞内抗氧化物质谷胱甘肽水平,能提高果蝇耐受高糖饮食的能力。SIK3控制NADP+还原为NADPH是通过G6PD磷酸化实现的。SIK3基因表达可以被糖调节转录因子复合物Mondo-Mlx调节,Mondo-Mlx是糖耐受的关键因子。同时抑制SIK3 和 Mondo-Mlx可以加强高糖饮食的致死效应。研究结果说明,SIK3和Mondo-Mlx联合通过调节NADPH/NADP+水平,维持细胞耐受高糖造成的毒性效应。

MariTeesalu, Bohdana M. Rovenko, Ville Hietakangas. Salt-InducibleKinase 3 Provides Sugar Tolerance by Regulating NADPH/NADP Redox Balance.Current Biology, 2017;

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