10月12日，上?？萍?a href='http://www.zbchuanghe.com/tag_4541.html' class='zdbq' title='大學(xué)生相關(guān)食品資訊' target='_blank'>大學(xué)生命學(xué)院朱煥乎課題組在Developmental Cell期刊上發(fā)表題為“Monomethyl branched-chain fatty acid mediates amino acid sensing by mTORC1” 的論文。該研究利用秀麗線蟲的動物模型，發(fā)現(xiàn)富含于牛肉和奶制品中的單甲基支鏈脂肪酸可以作為一種關(guān)鍵的食物營養(yǎng)信號調(diào)控鞘脂及mTOR通路，進(jìn)而影響動物對食物中總氨基酸含量的判斷并決定其發(fā)育命運。

 

　　食物是包括人類在內(nèi)的所有動物生長發(fā)育最重要的資源之一。與其他關(guān)鍵生存因素，如水和空氣相比，由于食物在環(huán)境中的相對稀少性，其往往是決定種群興衰的限速步驟。為此，動物進(jìn)化出一套強(qiáng)大的食物營養(yǎng)感知系統(tǒng)，根據(jù)環(huán)境營養(yǎng)狀況的優(yōu)劣，來相應(yīng)地調(diào)控自身的生長代謝速度甚至發(fā)育命運（如發(fā)育/滯育、個體大小、壽命等）。

 

　　近年來生物化學(xué)家們利用哺乳動物組織培養(yǎng)細(xì)胞體系，逐步揭示了細(xì)胞感知氨基酸、葡萄糖等關(guān)鍵營養(yǎng)分子的一系列相關(guān)信號通路（如mTOR,胰島素，AMPK等）及分子機(jī)制。這提示營養(yǎng)分子除了提供生命所需的物質(zhì)能量外，還可能作為信號分子來參與細(xì)胞的代謝過程。但遺憾的是，目前這一點很難在活體中驗證。其原因在于：與組織培養(yǎng)細(xì)胞不同，食物中關(guān)鍵營養(yǎng)分子的匱乏通常會導(dǎo)致動物迅速死亡，因而無法檢驗其是否作為信號分子，在動物活體生長發(fā)育中扮演重要的角色。

 

　　針對這些問題，研究人員首先利用秀麗隱桿線蟲在“饑餓狀態(tài)”下能長期存活這一特性，繞過動物在營養(yǎng)匱乏時無法生存的缺點，將線蟲培養(yǎng)在食物嚴(yán)重匱乏的情況下，使其進(jìn)入可逆的L3幼蟲滯育狀態(tài)。隨后外源添加各種重要營養(yǎng)物，觀察其是否會影響線蟲對營養(yǎng)的判斷。他們驚奇地發(fā)現(xiàn)，無論是添加單種糖類或氨基酸，都無法欺騙線蟲。而一種碳鏈末端帶有甲基的飽和脂肪酸——單甲基支鏈脂肪酸，可以欺騙線蟲退出這種保護(hù)性的滯育狀態(tài)并死亡。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，線蟲滯育的根本原因是由于食物中總氨基酸量的不足；而加入單甲基支鏈脂肪酸使得線蟲錯誤地認(rèn)為氨基酸已經(jīng)充足了，導(dǎo)致其恢復(fù)了自己的發(fā)育并不幸死亡。

 

　　單甲基支鏈脂肪酸對發(fā)育命運的調(diào)控最早是由美國科羅拉多大學(xué)的韓珉教授在線蟲中發(fā)現(xiàn)的：一旦切斷內(nèi)源和外源的單甲基支鏈脂肪酸供應(yīng)，線蟲從卵中孵化后就會100%進(jìn)入滯育狀態(tài)。盡管隨后的一系列研究揭示了單甲基支鏈脂肪酸通過合成下游的糖鞘脂及激活mTORC1通路來調(diào)控發(fā)育，但這種調(diào)控的生理意義一直不明確。朱煥乎組的發(fā)現(xiàn)提示，作為必需氨基酸亮氨酸的代謝物，單甲基支鏈脂肪酸似乎介導(dǎo)了線蟲對食物總氨基酸的感知。而進(jìn)一步研究的證實了線蟲體內(nèi)游離單甲基支鏈脂肪酸的濃度與食物中氨基酸的量正相關(guān)。

 

　　為什么在進(jìn)化中，動物會選擇用單甲基支鏈脂肪酸來評估總氨基酸的豐度呢？研究人員發(fā)現(xiàn)線蟲在自然界中的幾種食物細(xì)菌/腸道菌中，富含大量的單甲基支鏈脂肪酸。這表明動物巧妙地利用了細(xì)菌可以將氨基酸轉(zhuǎn)化成單甲基支鏈脂肪酸這一現(xiàn)象，作為自己判斷氨基酸豐度的標(biāo)準(zhǔn)。而人體的腸道菌中同樣含有大量的支鏈脂肪酸，我們是否同樣也會用單甲基支鏈脂肪酸來判斷營養(yǎng)狀況呢？這將是一個非常有意思的問題，有待進(jìn)一步研究！

 

　　上?？萍即髮W(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院朱煥乎組2016級博士研究生朱孟楠和科研助理滕?？禐檎撐牡墓餐谝蛔髡撸鼘W(xué)院博士研究生李娜、張麗，碩士研究生張淑賢、許凡以及天津醫(yī)科大學(xué)的孫海鵬教授和邵靜也參與了該項研究。該項目得到了科技部、國家自然基金委、上海市科委等項目及上?？萍即髮W(xué)啟動經(jīng)費的支持。

 

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.devcel.2021.09.010