可溶性糖在高等植物代谢调节中的生理作用

可溶性糖在高等植物代谢调节中的生理作用（共3篇）

篇1：可溶性糖在高等植物代谢调节中的生理作用

可溶性糖在高等植物代谢调节中的生理作用

概述了植物体内糖参与渗透调节及信号转导的相关研究进展.

作 者：赵江涛 李晓峰 李航 徐睿�� 作者单位：赵江涛(江苏省农业科学院科研处,江苏南京,210014)

李晓峰,李航,徐睿��(西北农林科技大学生命科学学院,陕西杨陵,712100)

刊 名：安徽农业科学 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF ANHUI AGRICULTURAL SCIENCES年，卷(期)：34(24)分类号：Q945.1关键词：可溶性糖 信号 渗透调节

篇2：可溶性糖在高等植物代谢调节中的生理作用

1 Ghrelin及其受体

Ghrelin 是由M.Kojima等[1]从大鼠胃黏膜细胞分离、纯化得到的GHS- R的内源性配体。在循环中的Ghrelin有第3位上丝氨酸的辛酰化与非辛酰化2种形式。辛酰化作用对于Ghrelin 的活性和通过血脑屏障是必需的, 是目前已知的Ghrelin的主要活性形式, 也是目前发现的唯一的蛋白辛酰化形式;未酰基化或脱酰基化的Ghrelin在循环中的比例高达90%以上, 不能与GHS-R结合, 先期研究认为其没有生物活性, 后来的研究发现其可能与其他未知的受体结合而发挥作用, 并可能成为调节食欲的新的调控物质[2]。Ghrelin主要是由胃黏膜的X/A样细胞分泌的, 其次在下丘脑、垂体和多种组织产生, 其受体在体内的分布也很广泛。因此, Ghrelin具有广泛的生物学功能, 不仅能有效促进生长激素 (growth hormone, GH) 的分泌, 还在调节食欲和胃肠功能、心血管功能、内分泌及免疫功能等方面发挥重要作用。

2 Ghrelin对摄食的调节

注射Ghrelin会增加食欲和刺激采食, 这在动物和人类已经得到证实, 禁食会增加循环中Ghrelin的水平, 采食后会降低, 提示Ghrelin在启动饮食中发挥作用[3]。Ghrelin影响摄食作用迅速, 腹腔内注射Ghrelin在20 min内即可增加食物摄入和胃酸分泌。

摄食活动主要受中枢的下丘脑弓状核控制, 包括表达神经肽Y (NPY) 和刺鼠相关蛋白 (AGRP) 等促进食欲的神经元以及表达阿片黑皮质素前体 (POMC) 、黑素细胞刺激激素 (α-MSH) 等抑制食欲的神经元。表达NPY 和AGRP的神经元活化刺激Ghrelin诱导采食行为。给成年鼠脑室或外周注Ghrelin会活化表达NPY /AGRP的神经元, 刺激弓状核中NPY 和AGRP mRNA的表达, 促进摄食增加。NPY 及AGRP的抗体或颉颃剂协同注射可阻断脑室内注射Ghrelin 引起的促食欲作用。同时敲除NPY 及AGRP的小鼠Ghrelin 引起的促食欲作用被完全抑制, 而单个缺失NPY 或AGRP并不能有效阻止Ghrelin的促食欲作用, 这表明存在着一种代偿性作用, 说明Ghrelin促食欲作用的中枢介导是由下丘脑的NPY 和AGRP共同参与完成的。下丘脑Ghrelin的促食欲效应的细胞内机制已被证实与腺苷-磷酸活化蛋白激酶 (AMPK) 有关。Ghrelin通过与其受体结合, 提高细胞内钙离子浓度, 激活钙调节蛋白激酶2 (CaMKK2) , 进而促进AMPK磷酸化作用, 最终会活化肉毒碱棕榈酰基转移酶 (CPT1) , 增加线粒体的β-氧化作用, 激活解耦联蛋白-2, 从而刺激NPY/AGRP 的转录。Ghrelin也可以抑制POMC 神经元, 阻止α-MSH的释放, 同时活化外测下丘脑部表达促食欲的神经元[4]。

最近的研究表明, Ghrelin 也可作用于中脑边缘系统的2个多巴胺 (DA) 能区域、纹状体和腹侧被盖区, 这些区域都与奖赏有关。微量注射Ghrelin到腹侧被盖区可增加食欲, 刺激腹侧被盖区DA的释放[5]。此外, Ghrelin会直接影响大多数DA阳性神经元的电生理反应, 增加DA的循环周转, 提高伏核DA能细胞的活性。Ghrelin 也会刺激脑部其他控制采食行为的区域, 如杏仁核、眶额皮质、前岛及纹状体。以上数据充分显示, Ghrelin除了在下丘脑通路有控制食欲的作用外, 也有调节采食行为的作用。

Ghrelin除了通过促进和抑制摄食的途径来刺激采食和调节食欲外, 还可以通过迷走神经来刺激采食[6]。通过迷走神经切断术或神经毒素的作用阻断迷走神经传入途径, 从而抑制Ghrelin的诱导采食作用。然而有研究表明, Ghrelin的作用不是通过迷走神经介导的, 而是通过选择性刺激膈下的迷走神经, 从而刺激采食, 说明外周Ghrelin诱导的食欲增加可能由传入的迷走神经直接传入脑。也有研究表明, 外周注射Ghrelin后, 促食欲信号到孤束核 (NTS) 的传递有一部分是通过迷走神经和上行的去甲肾上腺素能的传出神经纤维途径来实现的。相反, Ghrelin信号由肠道到脑的传递部分是由迷走神经的胆碱能纤维实现的。

Ghrelin相关肽Des-acyl Ghrelin 和nesfatin-1也参与摄食的调节。目前认为, Des-acyl Ghrelin可能是一种抑制食欲的激素, 并可能参与Ghrelin介导的食物摄入调控。但也有研究发现, Des-acyl Ghrelin并不会影响食物的摄入, 只是阻断腹腔内注射Ghrelin所引起的食欲增加反应, 这可能与acyl Ghrelin和Des-acyl Ghrelin释放的比例有关[7]。Des-acyl Ghrelin受体的发现对其作用机制的研究有重要意义。nesfatin-1是在鼠下丘脑中发现的, 在第三脑室注射会降低摄食。最近的研究结果显示, 腹膜内注射nesfatin-1会降低暗视野条件下鼠的采食量, 而且长时间注射 (腹膜内或皮下) 会抑制体重增加。nesfatin-1的这种减食欲作用在瘦的ob/ob和由高脂日粮引起的肥胖小鼠中都有所体现, 说明nesfatin-1的作用机制与leptin无关。以pmol剂量向第四脑室和小脑延髓池注射nesfatin-1也会降低暗视野下的采食量, 但是24 h内总的采食量不变。然而, 急性脑室内注射nesfatin-1会降低体重, 提示可能增加了能量消耗, 棕色脂肪组织的解耦联蛋白的水平进一步确证了这种说法。Ghrelin相关肽对摄食的影响及其作用机理还有待进一步研究。

3 Ghrelin对能量的调节

除了刺激摄食之外, Ghrelin 长期作用可调节体重。体重稳定是食物摄入和能量输出之间保持平衡的结果。食物摄入减少或者能量输出相对增加就会导致体重减轻, 相反会导致体重增加。Ghrelin会通过刺激采食, 尤其是高脂类物质的摄入促进脂化, 抑制溶脂, 降低能量消耗, 增加碳水化合物的利用, 从而导致体重增加和产生肥胖效应[8]。GHS-R1a 敲除小鼠不会出现由于饮食而产生的肥胖效应, 更说明了Ghrelin在能量代谢中的作用。此外, 血浆Ghrelin水平与体重指数呈负相关。肥胖病人和厌食症患者血浆Ghrelin水平分别低于和高于正常体重者, 体重的变化会导致Ghrelin的代偿性反应。由于限制采食和长期运动导致的体重减轻会使Ghrelin水平升高;相反, 由于过食、妊娠或高脂类日粮导致的体重增加会降低Ghrelin的水平;而PWS肥胖病人血浆中Ghrelin的水平则呈现升高的趋势, 这种病人的Ghrelin水平在餐后没有降低, 与偏胖或者偏瘦的对象相比降低的幅度很小, 提示Ghrelin对保持旺盛的食欲及病人的肥胖是有作用的[9]。这些作用的分子和细胞学机制有很多还不清楚, 神经系统、神经内分泌系统的参与也有很多疑问, 这些都是进一步研究的重点。

参考文献

[1] KOJIMA M, HOSODA H, DATE Y, et al. Ghrelin is a growth- hormone -releasing acylated peptide from stomach[J]. Nature, 1999, 402 (6762) :656-60.

[2]INHOFF T, WIEDENMANN B, KLAPP B F, et al.Is desacyl gh-relin a modulator of food intake?[J].Peptides, 2009, 309 (5) :991-994.

[3]CUMMINGS D E, PURNELL J Q, FRAYO R S, et al.A prepran-dial rise in plasma ghrelin levels suggests a role in meal initiation inhumans[J].Diabetes, 2001, 50 (8) :1714-1719.

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[5]JERLHAG E, EGECIOGLU E, DICKSON S L, et al.Ghrelin ad-ministration into tegmental areas stimulates locomotor activity and in-creases extracellular concentration of dopamine in the nucleus ac-cumbens[J].Addict Biol, 2007, 12 (1) :6-16.

[6]SAKATA I, YAMAZAKI M, INOUE K, et al.Growth hormonesecretagogue receptor expression in the cells of the stomach-projec-ted afferent nerve in the rat nodose ganglion[J].Neurosci Lett, 2003, 342 (3) :183-186.

[7] INHOFF T, MONNIKES H, NOETZEL S, et al. Desacyl ghrelin inhibits the orexigenic effect of peripherally injected ghrelin in rats[ J]. Peptides, 2008, 29 (12) : 2159-2168.

[8]PFLUGER P T, KIRCHNER H, GUNNEL S, et al.Simultaneousdeletion of ghrelin and its receptor increases motor activity and ener-gy expenditure[J].Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol, 2008, 294 (3) :G610-G618.

篇3：可溶性糖在高等植物代谢调节中的生理作用

1 PGC-1α的生理功能

1.1 PGC-1α与骨骼肌线粒体生物合成

骨骼肌组织具有高度的适应性, 耐力运动与训练可以提高骨骼肌细胞的呼吸能力以及抗疲劳能力, 这种适应性改变包括线粒体蛋白质和自身组分 (各种代谢酶以及线粒体DNA) 的增加, 结果导致骨骼肌线粒体的数量和质量的增加, 这种现象被称为线粒体生物合成。

PGC-1α的发现在阐明线粒体生物合成分子机制方面是一个重要的进步。PGC-1α对线粒体生物合成、线粒体含量, 和功能方面起关键作用。最近对啮齿类动物骨骼肌的研究显示剧烈的耐力运动会提高PGC1-α蛋白含量, 证明PGC1-α共激活转录因子也增加线粒体基因表达。

核呼吸因子 (NRFs) 及线粒体转录因子A (Tfam) 是与线粒体功能相关的转录因子。PGC-1α可以调节NRF-1和NRF-2, 进而调节线粒体转录因子A的表达, 再调节线粒体的融合和裂解。另外, 在脂肪细胞中, 它诱导线粒体内膜解偶联蛋白-1 (uncoupling protein, UCP-1) , 而UCP-1能解偶联和产热;在肌肉中, PGC-1α通过诱导解偶联蛋白2 (UCP-2) 和核呼吸因子 (NRFs) , 促进解偶联和偶联呼吸作用, 使产热和ATP生成均增加, 从而刺激线粒体的发生。在肌细胞PGC-1α的异位表达能刺激GLUT4 m RNA的表达增加。

1.2 PGC-1α与肌纤维类型

在哺乳动物, 骨骼肌呈现一个不同纤维类型的嵌合体。依据骨胳肌的活动功能而言, 骨胳肌纤维的类型可以分为慢缩肌 (Ⅰ型) 与快缩肌 (Ⅱ型) ;依据骨胳肌的型态而言, 骨胳肌纤维的类型则可以分红肌 (A型) 与白肌 (B型) 。研究发现, 虽然慢缩肌都属于红肌, 但是快缩肌则可以分为红肌与白肌两类;红肌属于耐力型, 白肌是爆发力型。从结构上看, 骨骼肌纤维的类型主要取决于肌球蛋白的重链 (MHC) 不同异构型的表达, Ⅰ型和Ⅱα型纤维主要表达MHCⅠ和MHCⅡα, 属于代谢氧化型, 富含线粒体和微脉管系统。Ⅱd/x型和Ⅱb型纤维主要表达MHCⅡd/x和MHCⅡb, 属于糖酵解型, 含有较少线粒体和微脉管系统。对于啮齿类和人的研究证明, 耐力运动训练引起骨骼肌纤维类型的变化, 这一过程中PGC-1α起到关键作用。PGC-1α主要在慢氧型肌纤维中表达, 尤其是Ⅱα纤维;研究证明, PGC-1α转基因小鼠Ⅱd/x型和Ⅱb型快肌纤维减少, Ⅰ型和Ⅱα型纤维增加, 尤其Ⅱα型纤维。相反, PGC-1α基因敲除的小鼠肌肉中, Ⅰ型和Ⅱα型纤维减少, 尤其是Ⅱα型纤维减少明显。耐力运动通过AMPK、P38MAPK、Ca MK通路促进PGC-1α增加。转基因小鼠研究结果显示, 骨骼肌特异PGC-1α高表达能够促进线粒体生物合成和快肌纤维 (Ⅱ型肌纤维) 向慢肌纤维 (I型肌纤维) 转换。运动激活AMPK和P38MAPK, 进而磷酸化及活化PGC-1α, 也增加线粒体生物合成。有节奏的骨骼肌收缩会激活Ca2+/钙调蛋白激酶 (Ca MKs) 。它们都可以影响PGC-1α的表达和活性, 骨骼肌中Ca2+/钙调蛋白激酶 (Ca MKs) 的转基因表达诱导肌纤维由决肌向慢肌的转化。

1.3 PGC-1α与糖代谢

糖是运动时最重要的细胞燃料。糖对耐力运动有特殊重要性, 提高体内的糖原贮量, 对耐力运动能力的提高尤为重要。最近的研究表明, PGC-1α也能调节肌肉中的葡萄糖代谢。PGC-1α能促进, 葡萄糖进入细胞, 而且确保有效地葡萄糖利用。骨骼肌中葡萄糖的摄取主要是跨膜葡萄糖转运载体4 (Glu T4) 来调节, Glu T4能刺激葡萄糖进入细胞内, 是骨骼肌中最重要的葡萄糖转运载体之一。PGC-1α在骨骼肌中通过共激活肌细胞增强子因子2 (MEF2) 来显著刺激葡萄糖转运载体4 (Glu T4) 的表达。最近发现PGC-1α通过与其核受体ER-Rα结合刺激丙酮酸脱氢酶4, 从而抑制肌肉细胞系的葡萄糖氧化。丙酮酸脱氢酶4是调节葡萄糖循环和脂肪酸氧化平衡的关键酶。PGC-1α通过抑制葡萄糖氧化和增加葡萄糖吸收来补充肌糖原贮备为下一次的肌肉运动作准备。

1.4 PGC-1α与脂代谢

脂肪是人体内数量最多的能源物质, 其储量远比糖原的储量大, 是安静和运动时不可缺少的供能物质。在寒冷、有氧运动和禁食条件下, 交感神经兴奋诱导PGC-1α表达, 提高UCP1水平, 从而增加了机体能量消耗。棕色脂肪细胞具有更强的脂肪酸β氧化能力。PGC-1α能增加脂肪酸氧化酶的转录活性使脂肪酸β氧化速率增加, 改善人体氧化利用脂肪酸的能力, 增加三脂酰甘油 (运动时机体内肌肉组织利用脂肪酸的来源之一) 在长时间运动中的供能作用, 使人的体脂减少。研究表明, PGC-1α敲除的小鼠, 体脂异常增加, 骨骼肌运动和运动能量减少, 相反, PGC-1α超表达小鼠的肌肉脂代谢会增加, 包括脂肪酸氧化和肌肉脂类增加。在医学上, 肥胖症患者, 其棕色脂肪细胞的PGC-1α及UCP1含量明显减少, 脂肪酸β氧化的酶活性降低, 能量代谢率下降。可见棕色脂肪细胞PGC-1α及UCP1表达异常参与了肥胖症的产生。因此, PGC-1α在医学治疗肥胖症上是一个重要研究起点。

2 总结

PGC-1α在长期耐力训练可诱导骨骼肌生理性的适应机制方面起到关键的作用:与骨骼肌线粒体生物合成、肌纤维类型的转化、葡萄糖代谢、脂肪酸氧化等方面有紧密联系。在这些生物反应过程中, 其共同的作用机制可能是调节线粒体生物合成而促进了有氧代谢。正因为如此, PGC-1α的异常调节促使许多疾病的发生, 例如糖尿病, 肥胖症、代谢病等。因此弄清楚PGC-1α在各种疾病中的具体调节机制, 也是研究PGC-1α深层意义的重要领域。

摘要：过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子-1 (peroxisome proliferator-activated receptorγcoactivator-1, PGC-1α) 是过氧化物酶体增殖物激活受体PPARγ (peroxisome proliferator-activated receptorγ, PPARγ) 的转录共激活因子。耐力训练可诱导骨骼肌发生一系列的生理性适应过程, 其中包括线粒体生物合成、肌纤维类型转换、糖代谢及脂代谢适应。PGC-1α在耐力运动训练过程中增加骨骼肌收缩活动, 能促骨骼肌适应, 而且PGC-1α基因表达在自适过程中起到中枢作用。PGC-1α是一个转录辅激活因子, 它可以诱导肌肉线粒体生物合成, 是运动诱导的表型适应和底物利用的主要调节剂, 诱导快肌纤维向慢肌纤维转换, 从而增强利用碳水化合物和脂肪的能力。也与糖尿病、肥胖、运动过程中的能量代谢等密切相关。