Nature Metabolism：胰岛素影响细胞能量的循环利用

来源：作者：人气：-发表时间：2024-03-21 15:10:00【大中小】

摘要：在神经细胞中，这种激素调节线粒体是关闭还是继续运行。

细胰岛素控制着许多细胞过程，并使它们适应身体当前的能量供应。马克斯普朗克生物智能研究所的Angelika Harbauer和她的团队发现，胰岛素调节的过程之一是神经元细胞发电厂的质量控制。当体内有足够的能量时，胰岛素有助于消除有缺陷的线粒体。当能量不足或胰岛素信号中断时，线粒体循环减少，细胞继续使用旧的发电厂，甚至可能损坏的发电厂。有缺陷的线粒体的持续运作可能会影响衰老过程和神经系统疾病。

神经细胞对它们的能量供应有特殊的要求。由于它们广泛的分支和高能量需求，它们密切关注着它们的细胞发电厂——线粒体。细胞必须确保在它们的长延伸轴突中总是有足够的线粒体可用，在轴突中，发电厂为细胞与邻近细胞的通信提供燃料。这就是为什么神经元会将线粒体运送到细胞最偏远的地方。

Angelika Harbauer的早期研究表明，线粒体携带着PINK1蛋白的蓝图穿过神经元。“PINK1是一种关键的蛋白质，当线粒体因为不再正常工作而需要被移除时，它就会起作用，它可以标记线粒体进行再循环，并由细胞精确控制。”抑制PINK1的失败可能导致线粒体的短缺，而持续运行有缺陷的细胞发电厂可能会损害细胞。

图1 AMPK和胰岛素控制神经元线粒体连接Pink1 mRNA和线粒体自噬之间的转换

一种有多种作用的激素

Angelika Harbauer和她的团队现在发现胰岛素激素参与神经元线粒体质量控制。众所周知，胰岛素在调节细胞糖摄取方面起着重要作用。它还控制细胞内的许多过程，以精确地调整它们以适应身体当前的能量供应。

在线粒体循环的情况下，工作原理如下：如果有足够的能量，信号从细胞表面的胰岛素受体传递到线粒体。在这里，PINK1蓝图以mRNA分子的形式存储。当胰岛素信号到达时，线粒体释放蓝图，细胞可以产生额外的PINK1蛋白。这确保了有缺陷的线粒体被有效地消除。在能量短缺的情况下，或者如果胰岛素受体信号缺失，PINK1的蓝图仍然紧密地结合在线粒体上。

一方面，与线粒体的紧密结合允许PINK1蓝图搭便车进入神经细胞的长延伸。另一方面，它降低了产生PINK1的mRNA分子的可用性。PINK1蛋白水平仍然很低，线粒体循环减少——尽管这可能导致受损的发电厂继续运行。

该研究的主要作者Tabitha Hees说:“我们曾预期mRNA与线粒体的结合会促进PINK1的产生。”“令人惊讶的是，我们的实验表明情况并非如此。当能量水平较低时，显然更有利于细胞产生更少的PINK1蛋白，并继续使用可能受损的线粒体。”

影响健康和衰老的信号中断

当胰岛素受体到线粒体的信号传递因疾病而受到干扰时，也会发生类似的情况。有缺陷的胰岛素信号是糖尿病的一个标志，也被观察到与阿尔茨海默病有关的大脑。我们还知道，线粒体质量控制效率低下会导致各种神经退行性疾病。“我们的观察增加了我们对细胞能量供应、衰老和神经退行性疾病是如何相互关联的理解，”Angelika Harbauer说。

接下来，研究人员的目标是研究一旦PINK1蓝图从线粒体释放到细胞中会发生什么。Tabitha Hees说:“我们特别感兴趣的是找出PINK1蛋白是在哪里产生的，如果不是在线粒体，以及它后来如何找到回到线粒体的路。”只有处理好这两个步骤，PINK1才会开始回收有缺陷的发电厂，以防止它们损害神经细胞。

参考资料

[1] AMPK and insulin control the switch between mitochondrial hitchhiking of Pink1 mRNA and mitophagy in neurons