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不仅是燃脂产热的帮手,《自然》:这个分子开关,还藏着治疗其他疾病的秘密

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在寒冷的环境中,人体如何保持恒定的体温?

对此有所了解的读者,可能会想到棕色脂肪。与储存能量的白色脂肪不同,棕色脂肪能够通过燃烧卡路里来产生热量。而棕色脂肪的经典燃脂通路与解偶联蛋白1(UCP1)有关。

不过,科学家近年来还发现了一条替代性的燃脂通路,它不依赖UCP1发挥作用,而是借助“无效肌酸循环”来不断消耗ATP。在这一通路中,棕色脂肪在分解脂肪产热的同时会释放出甘油。

近日,发表在《自然》杂志上的一项研究对无效肌酸循环通路进行了深入探索,研究发现该通路中一个分子“开关”,能够启动棕色脂肪中的替代性能量燃烧通路。这不仅是理解体温调节的关键,还可能为骨病治疗带来全新思路。

研究发现,该通路产生甘油后,甘油也会继续激活这一产热通路,形成一种燃脂循环。在这一过程中,甘油必须与组织非特异性碱性磷酸酶(TNAP)结合才能够发挥作用。


根据论文,TNAP通常会附着在细胞膜上,主要负责水解多种磷酸化底物。在成骨细胞中,TNAP能调节局部无机磷酸盐的可用性,从而控制骨骼中磷酸钙的沉积。缺乏TNAP的小鼠会表现出骨软化症、骨质疏松等疾病特征。

但研究发现,在棕色脂肪细胞中,TNAP主要出现在线粒体内膜上,它的功能变为水解磷酸肌酸,以及与肌酸激酶B共同驱动无效肌酸循环。这一循环加速了ATP周转、氧气消耗和产热。当小鼠脂肪细胞无法正常表达TNAP时,它们非常容易出现饮食诱导的肥胖,并表现出葡萄糖稳态受损。


图片来源:123RF

研究者获取了处于寒冷状态下小鼠的棕色脂肪组织,分析结果显示,甘油是TNAP最有效的激活剂。在体外实验中,甘油能以剂量依赖的方式刺激TNAP介导的磷酸肌酸水解,也能增强TNAP依赖的焦磷酸水解。

值得注意的是,甘油并非作为磷酸受体发挥作用,而是作为一种信号代谢物增强TNAP活性。在小鼠和人类棕色脂肪细胞线粒体中,甘油使天然TNAP依赖的磷酸肌酸水解活性显著增加。这表明,线粒体中的TNAP确实能够与甘油结合并被激活。

除了对产热的新认知,该研究还让科学家其对骨病的发生有了新的启示。正如前文所述,TNAP能通过促进钙化来构建和维持强健的骨骼。一旦编码TNAP的基因突变,就会引发低磷酸酯酶症,这是一种以“软骨”为特征的罕见疾病,患者易发骨折、疼痛和骨骼畸形。


图片来源:123RF

通过解析TNAP与磷酸肌酸和甘油结合的晶体结构,研究人员确定了甘油激活TNAP的分子机制。每个TNAP二聚体结合5个甘油分子,其中两个位于保守的远端表面口袋。这个远端口袋是诱导磷酸肌酸水解所必需的,一旦关键口袋中的关键氨基酸发生突变,水解活性则会消失。

研究团队测试了与低磷酸酯酶症相关的TNAP突变,他们发现这些突变同样影响了在棕色脂肪中发现的“甘油口袋”功能。换个角度来想,这个调控产热的分子开关,很可能在协调骨骼矿化过程的细胞中也发挥了作用。

研究者指出,这一发现为罕见骨病的疗法研究提供了方向。科学家可以通过天然或合成的化合物来结合“甘油口袋”,以此重新提高TNAP的活性。这一策略有望增强TNAP在患者体内的有益作用,帮助将低下的骨矿化水平恢复至健康状态。

参考资料:

[1] Hussain, M.F., Krishnan, S.S., Carroll, B.L. et al. Glycerol-driven TNAP activation in thermogenesis and mineralization. Nature (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10396-9

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