《Cell》:运动为何能减肥和增强骨骼?首次发现“运动激素”的作用机制

【字体: 时间:2018年12月17日 来源:生物通

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  研究人员希望将“运动激素”发展成治疗方法,帮助更多的人更好的锻炼。

  

生物通报道:运动有助于增强骨骼,但其中的机制究竟是什么,科学家们至今不清楚。

12月13日发表在Cell上的一项研究指出,被称为“运动激素”的irisin(虹膜素)能作为一种信号,在肌肉和骨骼组织之间传递,启动新骨细胞替换旧的或受损骨细胞的过程。研究人员还在脂肪和骨细胞中发现了一组称为αV整合素的irisin受体。

“这是一个非常重要的发现,因为在过去几年中,没有人能确定这种特殊激素的受体,”塔克斯大学骨科生物学家Jake Chen说(未参与这项工作)。

Irisin得名于传递信息的彩虹女神Iris,是哈佛医学院的细胞生物学家Bruce Spiegelman发现的。但是这种这种激素受到了许多质疑,一些研究团队没能检测到运动后人体Irisin的增加,一些是无法理解其作用机制。自2015年以来,这些质疑在很大程度上得到了解答,当时Spiegelman研究组以及2012年首次发现Irisin的合作者使用质谱法直接检测到了人血浆中的这种激素。

在这项最新研究中,Spiegelman研究组给小鼠注射了低剂量的Irisin,发现小鼠骨细胞(osteocyte)中硬骨素(sclerostin)的表达水平增加了。硬骨素是一种有助于分解骨骼的蛋白质,可用于重建组织。Spiegelman说,根据这一结果,他认为Irisin就像是来自肌肉的信息,指示骨骼开始这个重建过程。

为了在骨骼中找到Irisin的细胞靶标,研究人员利用激素本身来“钓出”小鼠骨细胞中的受体。他们将Irisin结合到细胞上,然后用其附着的受体将其拉出,然后使用质谱法进行鉴定,发现它们主要为整合素αV/β5。

研究人员还使用利用雌性小鼠卵巢来研究当Irisin前体FNDC5的基因被敲除时会发生什么。文章一作,Spiegelman的博士后Hyeonwoo(Chad)Kim说,卵巢切除术模型有助于观察骨骼的变化,因为去除卵巢的小鼠通常会出现骨密度的损失。这些变化类似于更年期妇女的骨质疏松症,后者也会因为雌激素水平的变化而出现骨质流失。

奇怪的是,在这种情况下,去除Irisin实际上可以防止骨质流失,而且小鼠不会发生骨质疏松症,研究人员认为这表明Irisin在骨重塑过程中具有微调的作用。Kim说,在骨质疏松症发生时,阻断Irisin结合可能可以成为潜在的治疗方案。

“这些结果很有意思,”Chen说,这些研究表明,Irisin对骨形成有更明显的积极作用。

来自意大利巴里大学的生物学家Maria Grano也在研究Irisin,她对卵巢切除术模型存在疑问,尤其是雌激素对Irisin骨骼作用的影响。她还指出,整合素αV/β5可能是其他组织中Irisin多种受体之一,“这是一个非常有趣的故事的开端,需要进一步研究,”她说。

虽然虹膜蛋白在骨质疏松症中的作用尚不清楚,但它在实验室中表现出的对脂肪燃烧和骨骼构建的影响,已经很明确了,因此研究人员希望能将其作为一种治疗方法,“如果我们能够为那些不能进行体育锻炼的人开发这种激素,它可能是一种非常重要的药物,”Grano说。

为此,Spiegelman和他的同事正致力于设计一种长效Irisin,因为这种激素在血液中的半衰期相对较短,不到一小时。另外他们还想知道Irisin是否与其他组织发生对话,包括大脑和运动神经,这些组织可能还有治疗应用的其它需要。

(生物通:万纹)

原文标题:

H. Kim, et al., “Irisin mediates effects on bone and fat viaaV integrin receptors,” Cell, doi:10.1016/j.cell.2018.10.025, 2018.







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