中南大学客座教授Nature子刊发表代谢研究新发现

　　

生物通报道  来自德克萨斯大学健康科学中心、科罗拉多大学医学院等处的研究人员证实，为了适应高原缺氧1-磷酸鞘氨醇（sphingosine-1-phosphate, S1P）促进了红细胞糖酵解和氧气释放。这一研究发现发布在7月15日的《自然通讯》（Nature Communications）杂志上。

德克萨斯大学生化与分子生物学系终身教授、中南大学客座教授夏阳（Yang Xia）是这篇论文的通讯作者。夏教授长期致力于免疫学研究，特别在肾脏、心血管及血液系统疾病的免疫机制研究方面具有独特的建树。

2010年，夏阳教授曾领导德克萨斯大学健康科学中心、中南大学生殖与遗传研究所、湘雅第一和第三附属医院以及美国科罗拉州大学的研究人员，发现了导致镰状细胞病患者病理改变的一个重要机制，这一研究发现将有可能推动科学家们开发出镰状细胞病的新治疗策略。研究成果发表在Nature Medicine杂志上（中南大学《nature medicine》解析镰状细胞病 ）。

S1P是由定位在细胞质中的Sphk1和主要定位在细胞核中的SphK2两种酶生成的一种生物活性信号脂质。内质网上的一些特异的磷酸酶或裂解酶可以快速地降解S1P。成熟红细胞(RBCs)中包含Sphk1，却没有S1P降解酶，这有可能是由于红细胞缺乏细胞核与内质网所致。由于这样的独特特性，红细胞可以生成及储存大量的S1P。大量的研究表明，胞外S1P通过激活它的5种G蛋白偶联受体参与了许多的生理活动，包括免疫细胞贩运、造血干细胞贩运、血管完整性和细胞增殖等。此外，胞内S1P还调控了组蛋白脱乙酰化和泛素功能。然而，自从最初发现红细胞中富含S1P起，直到现在仍不清楚红细胞只是向血浆提供了S1P，还是利用S1P来满足了自身的目的。

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作为唯一负责输送氧气(O2)的细胞类型，RBCs可通过提高它们的输氧能力快速响应缺氧。缺氧常发生于暴露在低氧含量环境，如地处高原等地方的健康个体身上。人们广泛地注意到大家适应高原缺氧的能力有差异。无法快速适应高原缺氧可导致肺水肿、中风、心血管功能障碍，甚至死亡。缺氧也常见于罹患心血管、呼吸和溶血性疾病的患者中。因此，对于正常个体和罹患心血管、呼吸和溶血性疾病的患者而言缺氧都是一种危险的状况。

在这篇新文章中，研究人员采用无偏移的高通量代谢组学分析，证实第一天身处海拔5,260 m的21名健康低地志愿者体内红细胞S1P即快速增高，一直持续升高至16天，同时红细胞Sphk1活性与血红蛋白氧气释放能力增高。小鼠遗传研究显示红细胞Sphk1诱导的S1P上升通过诱导O2释放对抗了组织缺氧。机制研究证实，胞内S1P促进脱氧血红蛋白锚定在细胞膜上，促进了膜结合糖酵解酶释放到细胞质中，诱导糖酵解，由此生成了一种红细胞特异性糖酵解中间物2,3-BPG，促进了O2释放。

由此，新研究揭示出了S1P是作为一种胞内缺氧反应生物脂促进了红细胞糖酵解、O2输送，为对抗组织缺氧提供了新的治疗机会。

对大多数生物来说，氧气对于生命至关重要。但生物学是复杂的，希望能够治疗线粒体缺陷疾病的一些研究人员现在提出，反过来有可能也是正确的：剥夺细胞的氧气可能对健康大有益处。尽管这一意外的想法迄今只在细胞和动物身上进行了测试验证，一些科学家已经在考虑降低氧水平是否可以治疗某些罕见但却致命的疾病。这一策略源自一项发表在Science杂志上的线粒体研究（Science惊人发现：缺氧可以救命？）。

2016年6月，来自复旦大学、香港浸会大学的研究人员证实，在低氧条件下醋酸作为一种表观遗传代谢产物促进了脂质合成。这一研究发现发布在Nature Communications杂志上（复旦大学Nature子刊发布表观遗传新成果 ）。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Sphingosine-1-phosphate promotes erythrocyte glycolysis and oxygen release for adaptation to high-altitude hypoxia

Sphingosine-1-phosphate (S1P) is a bioactive signalling lipid highly enriched in mature erythrocytes, with unknown functions pertaining to erythrocyte physiology. Here by employing nonbiased high-throughput metabolomic profiling, we show that erythrocyte S1P levels rapidly increase in 21 healthy lowland volunteers at 5,260 m altitude on day 1 and continue increasing to 16 days with concurrently elevated erythrocyte sphingonisne kinase 1 (Sphk1) activity and haemoglobin (Hb) oxygen (O2) release capacity. Mouse genetic studies show that elevated erythrocyte Sphk1-induced S1P protects against tissue hypoxia by inducing O2 release. Mechanistically, we show that intracellular S1P promotes deoxygenated Hb anchoring to the membrane, enhances the release of membrane-bound glycolytic enzymes to the cytosol, induces glycolysis and thus the production of 2,3-bisphosphoglycerate (2,3-BPG), an erythrocyte-specific glycolytic intermediate, which facilitates O2 release. Altogether, we reveal S1P as an intracellular hypoxia-responsive biolipid promoting erythrocyte glycolysis, O2 delivery and thus new therapeutic opportunities to counteract tissue hypoxia.

作者简介：

夏阳

1992年毕业于湖南医科大学临床医学系（六年制英语班），于1993年赴美继续深造，1998年获美国德克萨斯大学休斯顿医学中心分子病理学Ph.D学位。1998年至今一直在美国德克萨斯大学休斯顿医学院生化与分子生物学系从事科研工作，现为该系终身教授。

长期致力于免疫学研究，特别在肾脏、心血管及血液系统疾病的免疫机制研究方面具有独特的建树。现担任《Nature Medicine》、《Circulation》等16 种顶尖期刊杂志的审稿专家和多个美国NIH 学科组的评审专家。先后获得美国NIH和美国心脏协会15项课题资助，总经费达980多万美元。近5年来，在肾脏、心血管及血液系统疾病的免疫机制研究方面取得了多项突破性进展，其重要研究成果在《Nature Medicine》，《Journal of Experimental Medicine》、《Journal of Clinical Investigation》、《Circulation》和《Circulation Research》等国际高水平杂志上发表。主要研究方向包括：1.妊高症免疫机制研究；2. SCD发病机制研究；3. 高血压、肾纤维化机制研究；4. 阴茎异常勃起。