港大生物学家揭示一种天然黄酮是潜在的肥胖治疗药物

时间:2021年12月1日
来源:Autophagy

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骨骼肌代谢和耐力下降在肥胖患者中是常见的,但其潜在机制尚不清楚。香港大学(港大)生物科学学院助理教授Chi Bun CHAN博士带领的研究小组,发现一种新的机制,解释肥胖如何损害骨骼肌的功能,并提供一种潜在的治疗方法。该研究结果最近发表在世界领先的科学杂志《Autophagy》上。

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脑源性神经营养因子(BDNF)在骨骼肌代谢中的作用

资料来源:香港大学

骨骼肌代谢和耐力下降在肥胖患者中是常见的,但其潜在机制尚不清楚。香港大学(港大)生物科学学院助理教授Chi Bun CHAN博士带领的研究小组,发现一种新的机制,解释肥胖如何损害骨骼肌的功能,并提供一种潜在的治疗方法。该研究结果最近发表在世界领先的科学杂志《Autophagy》上。

肥胖是一种代谢紊乱,在现代社会越来越普遍。自20世纪70年代以来,全球肥胖人数增长了两倍,2016年达到6.5亿人(约占全球总人口的13%)。众所周知,肥胖会对人体多个器官造成损害,并导致许多慢性疾病,如糖尿病、高血压、脂肪肝和动脉粥样硬化。肥胖患者骨骼肌中的脂肪代谢速度慢于健康人,科学家认为这是线粒体(细胞中将营养物质转化为生物能量的动力单位)功能异常的结果。然而,肥胖如何损害线粒体的活性是一个长期未解决的问题。

为了研究肥胖对骨骼肌的功能影响,Chan博士的团队通过去除骨骼肌中的脑源性神经营养因子(BDNF)基因,开发了一种特殊的肥胖小鼠模型。BDNF最初被认为是维持神经元生存和活动的重要生长因子。最近的研究表明BDNF也是一种肌肉分泌蛋白(即肌素),但其生理意义尚不清楚。

Chan博士的团队第一次发现,肥胖减少了小鼠骨骼肌中BDNF的含量。他们还观察到,肌肉中没有BDNF的小鼠,被称为“MBKO”(肌肉特异性BDNF敲除),当这些动物被喂食高脂肪食物时,体重增加了,并产生了更严重的胰岛素抵抗。此外,研究小组发现MBKO小鼠的能量消耗低于对照组。

通过大量生化、组织学、代谢组学和分子分析,研究小组进一步证明MBKO小鼠肌肉中的线粒体无法循环,导致组织中受损线粒体的积累。因此,MBKO小鼠肌肉中的脂质代谢被减慢,导致更多的脂质积累,干扰胰岛素敏感性。

“显然,肌肉源性BDNF是一种通过增加能量消耗和维持胰岛素敏感性的体重控制蛋白,”Chan博士说。

“BDNF一直被认为是一种脑定位肽,它在周围组织中的重要性被低估了。我们的研究为这一领域提供了一个新的视角,希望我们能用MBKO小鼠解锁这种肌动因子的更多功能,”Chan博士进一步补充道。

除了动物研究,Chan博士的团队还利用培养的细胞模型来确定BDNF缺陷肌肉细胞线粒体转换缺陷的分子机制。他们发现肌肉分泌型BDNF使用AMPK激活的蛋白激酶(众所周知的细胞中的能量传感器)在骨骼肌中触发Parkin/PINK1通路诱导线粒体自噬(mitophagy,一种高度调节的机制,以回收细胞中的物质以应对各种挑战)。

为了将这些发现扩展到治疗应用,研究团队进一步测试了恢复肌肉中的BDNF信号是否可以挽救肥胖引起的线粒体损伤。他们给肥胖小鼠喂食7,8-二羟基黄酮(7,8-dihydroxyflavone),这是一种在植物中模拟的天然生物可用性BDNF(在南美的一种植物Godmania aesculifolia的叶子中发现),目前用于阿尔茨海默病的临床试验,他们发现肥胖引起的线粒体功能障碍得到了缓解。

与他们之前的发现一起,7,8-DHF是一种有效的降低体重和改善肥胖小鼠胰岛素敏感性的药物(Chem Biol 2015 22: 355-369; Metabolism 2018 87: 113-122),Chan博士的工作为肥胖的有害性质提供了新的解释,并表明BDNF信号增强剂,如7,8-DHF,是一种潜在的治疗人类肥胖的药物。

Autophagy

DOI

10.1080/15548627.2021.1985257

Article Title

Muscle-generated BDNF (brain derived neurotrophic factor) maintains mitochondrial quality control in female mice


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