能量代谢是如何在细胞水平上调节的

一篇由fapesp支持的研究中心发表的文章强调了线粒体钙运输和自噬之间的联系，自噬是细胞分解和再利用自身成分的过程。

　　

发表在《Faseb杂志》上的一篇文章描述了巴西的一项研究，分析了两个关键能量代谢调节过程之间的相关性:线粒体(为细胞产生能量的细胞器)对钙离子的吸收和释放;以及由热量限制引起的自噬。当细胞分解并再利用自己的细胞质时，就会发生自噬。

这项研究是在生物医学氧化还原过程研究中心(Redoxome)进行的，该中心是一个研究、创新和传播中心(RIDC)，由FAPESP资助，由 圣保罗大学化学研究所(IQ-USP)主持。

由IQ-USP教授Alicia Kowaltowski领导的Redoxome研究人员表明，负责钙离子外溢的转运蛋白NCLX是整合线粒体、钙离子控制的自噬和细胞对营养可用性的反应的关键调控节点，从而建立了自噬和线粒体钙之间的联系。

“我们的发现很重要，因为过程之间存在这种联系。线粒体和自噬都参与新陈代谢，所以它们之间的联系是有道理的。细胞生物学的研究人员倾向于分开看待事物，但我们应该记住，在细胞中，一个过程依赖并调节另一个过程。虽然这项研究是基础科学，可能看起来有些抽象，但这些知识肯定有助于开发治疗各种疾病的靶点，”Redoxome团队成员、该文章的第一作者Vitor de Miranda Ramos说。

Ramos在英国纽卡斯尔大学Viktor Korolchuk的实验室工作时进行了部分研究，并通过国外研究实习(BEPE)得到了FAPESP的支持。

线粒体不仅为细胞提供能量，还通过吸收和释放钙离子的能力，直接参与几种钙敏感的细胞调节途径。线粒体钙离子的摄取是由线粒体钙离子单转运体复合物介导的。NCLX，线粒体Na+/Li+/Ca2+交换剂，将线粒体基质中的钙离子释放到内外膜之间的空间，以换取钠离子。

钙几乎影响细胞生命的所有方面。钙离子是众所周知的代谢信号的第二信使，在自噬的调控中起重要作用。

回收

自噬是一个高度保守的进化过程，包括细胞成分的降解和再循环，主要目的是维持细胞的稳态。因为它能去除不需要的元素，促进营养的利用，所以对质量控制、组织更新和代谢调节是必要的。

除了它的基本功能外，自噬在营养可用性减少时被激活，被认为是限制卡路里的好处的机制之一。

在这项研究中，作为研究线粒体钙转运和自噬之间联系的起点，研究人员对小鼠进行了四个月的卡路里限制，发现它们的肝脏线粒体中含有的NCLX水平高于喂食无限制饮食的小鼠样本。然后，他们用培养的肝细胞创建了模拟卡路里限制的模型，并再次观察到NCLX表达的增加。

机制

在对自噬过程的不同阶段进行测量后，研究人员发现NCLX活性影响了该过程的初始步骤。在自噬过程中，细胞成分被自噬体(吞噬待降解物质的囊泡)隔离，这些自噬体反过来与溶酶体融合，促进细胞器或蛋白质的消化。研究中获得的数据使研究人员得出结论，NCLX失活导致的细胞内钙的改变干扰了自噬体的形成，损害了自噬的初始步骤。

与预期相反，研究人员还发现，NCLX抑制并不影响线粒体三磷酸腺苷(ATP，为细胞提供能量的分子)或amp激活的蛋白激酶(AMPK)的产生，当细胞能量下降时，AMPK会增加。

Kowaltowski说:“NCLX通过细胞钙独立于AMPK途径调节自噬。”

作者认为，胞质钙调控细胞自噬的复杂机制有待进一步研究。拉莫斯说:“钙信号显然非常复杂，可能在细胞中无处不在:许多蛋白质可以与钙结合并受到钙的调节，因此很难得出具体的机制。”

大脑消耗大量能量，需要许多线粒体。细胞损伤的累积可导致细胞死亡和病理的发展。“虽然我们没有专门研究病理背景，但钙信号和自噬之间的联系很有趣，因为它可能与疾病进展有关。”当这种转运体的活性丧失时，随之而来的是相当大的损伤，并且通过自噬清除这种损伤的过程受到损害。未来的研究将能够进一步澄清这一点，”Kowaltowski说。