厦门大学林圣彩教授最新发表《Nature》文章

林圣彩教授

这一研究成果公布在今日Nature杂志上，文章的通讯作者是厦门大学林圣彩教授，以及邓迪大学的D. Grahame Hardie。林圣彩教授研究组主要从事与细胞生长、死亡，个体发育相关的细胞信号转导方面的研究。

葡萄糖是生物中最基本、最主要的营养物质，它不仅是机体能量的主要来源，也是生物质合成的主要原料。因此，葡萄糖的水平对于生物体是极其重要的。然而，在生活中，体内葡萄糖水平的波动是十分常见的，这是因为我们不可能每时每刻都在摄入葡萄糖：睡一大觉、剧烈运动几个小时或者太忙了没时间吃饭，都会引起葡萄糖水平的显著下降。这时，机体能够触发一套有效的过程应对这类“不利情况”，其中最为关键的就是激活“代谢的核心调节”——AMPK。在葡萄糖水平下降时，被激活的AMPK能够迅速启动脂肪、蛋白质的分解代谢，关闭它们的合成代谢，从而起到维持机体的能量和物质代谢的平衡，弥补机体因葡萄糖不足引起的胁迫压力。

那么，机体如何感受葡萄糖水平下降，并“传递”给AMPK使其激活呢？这个问题还远没有弄清楚。目前的理论把葡萄糖看作一种“能量信号”，它的下降将引起细胞内的能量分子——ATP含量的下降，进而引起另一种代表低能量状态的分子——AMP水平的上升，AMPK的激活剂从而直接激活AMPK。可惜的是，目前并没有一种生理状态能够对应上这种理论。

在这篇文章中，研究人员正是发现了生理状态下机体感受葡萄糖水平的机制。通过研究他们发现，无论在不含葡萄糖的细胞培养条件下，还是在饥饿的低血糖的动物体内，都不能观测到AMP水平的上升，这充分说明了机体有一套尚不为人知的、独立于AMP的感应葡萄糖水平的机制。

在进一步的研究中他们揭示了这一完整过程：葡萄糖水平下降将引起的葡萄糖代谢中间物——果糖1,6-二磷酸（fructose-1,6-bisphosphate）水平的下降，该过程进一步地被糖酵解通路上的代谢酶——醛缩酶（aldolase）感应，因为醛缩酶正是将含有6个碳原子的果糖1,6-二磷酸裂解成三碳糖的酶，一旦醛缩酶“吃不到”由葡萄糖衍生的果糖1,6-二磷酸，它便“翻脸”，传递给也正是林圣彩教授课题组先前发现的溶酶体途径进而激活AMPK。该过程完全不涉及AMP水平，即能量水平的变化，是一条全新的、完全建立在实际的生理情况上的通路。

林圣彩教授指出，葡萄糖的存在本身就是一种“状态”，可以引起一系列生理生化反应。葡萄糖水平对机体代谢的调节不需要“绕道”能量水平，而是可以直接地被感知，进而让细胞感受到“富足”，启动合成代谢；而葡萄糖水平下降时，细胞感知到“贫穷”，关闭合成代谢。对于生物体来说，能量水平的稳定是至关重要的，ATP水平的下降对机体的伤害是巨大的，因此等到能量水平下降再作出应激反应很可能为时已晚。“状态信号”的存在使得机体能够“前瞻性”地应对复杂的外界条件和各种应激压力，保证生命活动的有序进行。