2008-06-11

研究:缺鐵細胞為何會燃燒更多葡萄糖

Scientists show why cells starved of iron burn more glucose
http://www.physorg.com/news132233508.html

June 09, 2008

Duke 大學醫學中心研究者發現一種機制,那使缺鐵的細胞關閉倚賴鐵的能量製造程序,並使用一種涉及葡萄糖、較無效率的路徑。這種新陳代謝重新洗牌(reshuffling)機制,在酵母當中發現,幫忙解釋人類如何於鐵的匱乏做出回應,也許對糖尿病的研究有所助益。

"如果我們能了解沿著鐵缺乏的梯度會發生什麼樣的新陳代謝變化,那我們也許能辨識人身上溫和鐵缺乏的特徵," 領導研究者 Dennis J. Thiele, Ph.D. 說,他是 Duke 藥理學與癌症生物學系的 George Barth Geller 教授。"我們能在通過時攔截它。"

"這個在酵母中的基本科學發現闡明了人類如何對鐵的匱乏做出回應,那是最常見的營養失調," Duke 醫學院的 Dean Nancy C. Andrews 說,人類鐵新陳代謝疾病的專家。

這項發現,發表於六月號的 Cell Metabolism,對那些研究中的糖尿病也許很重要。"有愈來愈多證據顯示,如果在胰腺的β細胞中,鐵出現不平衡,這些細胞將無法適當產生胰島素," Thiele 說。"就葡萄糖的使用而論,現在我們知道在酵母中發生了什麼事。" 我們需要了解,同樣的起因與影響在哺乳類身上是否為真。

缺鐵性貧血(Iron deficiency anemia)影響全世界近 20 億人,大部分經常是懷孕婦女、早產兒以及年幼小孩,Thiele 說。貧血深深地影響認知發展,運動神經元與神經元發展,他說。

科學家想要了解,生物如何在他們的細胞中建立起一種鐵的平衡。"我們知道,當酵母細胞遇到鐵匱乏時,它們會透降解(degrading,分解)特定信使 RNAs(mRNAs)並單獨留下其他 mRNAs 來重整,那開始了一連串的事件," Thiele 說。信使 RNAs 是某一類分子,能將編碼資訊從 DNA 攜往製造蛋白質的結構,蛋白質接著能控管身體的構造與機能。

缺鐵的第一種反應是關閉細胞的能量中樞,粒線體(mitochondria),那取得葡萄糖並將它有效地變成細胞能量燃料,ATP。粒線體十分依賴鐵。當細胞變得更缺鐵時,它會藉由降解 mRNAs(其所編碼的蛋白質涉及此程序)將它「關小」,也因此某些才鐵能夠自由,Thiele 說。第二種反應是關閉鐵儲存路徑,以及其他倚賴鐵,但更加不必要的生化反應。"當你的鐵降低,你不會想要儲存它,而是拿出來使用," Thiele 解釋。

第三種反應增加粒線體外部葡萄糖的使用路徑,那是一種更沒效率的能量產生方法。在粒線體外被處理以產生能量的葡萄糖分子,所產生的能量少了 18 倍,共同作者 Sandra Vergara 表示,Thiele 實驗室的博士生。

"細胞鐵平衡遵循經濟學的法則," Vergara 說。"在匱乏期間,細胞會將鐵的利用列為優先,將它節省下來以進行更不可或缺的程序。這種優先化(prioritization)來自於細胞的成本,那反映在較高的葡萄糖需求,故細胞能保持正確的能量流動數量。"

如果我們的 ATP 變低,我們會變得疲倦且想打瞌睡,這是缺鐵的症狀,Thiele 說。"對人類來說,鐵很難從植物來源取得,那構成世上大部分飲食的基礎。" 鐵在自然界中很充裕,不過細胞得很努力才能取得它,因為它在體內會改變它的形態。

Thiele 強調這項發現顯示做麵包用的酵母細胞缺鐵時會發生什麼事,不過對人而言可能會有某種方式的擴展。"所有已知的人類疾病基因有將近 35% 在酵母基因組中出現相似之物。一個科學家對於推斷總持著保留態度。我認為我們能做出預測,我們在酵母中所觀察到的新陳代謝的重新洗牌,在鐵匱乏期間涉入的、同樣類型的關鍵蛋白與酵素,很有可能在人類細胞中遵循類似的模式。"

從酵母到人類,主要的新陳代謝路徑有大部分都保留在分子層次,Vergara 說。

※ 這又扯上了心血管與血液。相關報導:

* Cooperation of Two mRNA-Binding Proteins Drives Metabolic Adaptation to Iron Deficiency
http://www.cellmetabolism.org/content/article/abstract?uid=PIIS1550413108001423
Sergi Puig, Sandra V. Vergara, and Dennis J. Thiele
Cell Metabolism, Vol 7, 555-564, 04 June 2008
解決鐵匱乏的世界任務

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1 則留言:

fsj 提到...

缺乏鐵素助長乳房腫瘤 甚至癌變

台灣新生報 2010/08/06

今天公布的一項研究結果顯示,負責消除細胞中鐵的一種蛋白質──鐵素可以被用來減緩腫瘤的生長,治療乳癌和預測乳癌病患最後結果。

北卡羅來納州威克森林大學浸信會醫學中心研究員發現,鐵素的濃度在乳房腫瘤中明顯低於正常的組織。鐵素是負責將鐵從細胞中輸出的蛋白質。

威克森林大學生化學副教授托蒂(SuzyTorti)和發布此研究的醫學期刊「科學轉譯醫學」(ScienceTranslationalMedicine)的主要研究人員表示,缺乏鐵素會導致鐵的增加,造成腫瘤生長,還有可能變成惡性腫瘤。

當研究人員在老鼠身上,將人體乳房腫瘤的鐵素濃度恢復到正常程度時,腫瘤成長的速度會比較緩慢。

托蒂表示:「因為鐵素可移除細胞中的鐵,當我們把這種蛋白質放回細胞中,鐵素會移除癌生長激素。」

托蒂表示:「我們的研究發現認為,鐵素對癌細胞的行為確實有重大的影響。」