客观日本

氨基酸对保持骨骼健康至关重要!

2019年07月17日 生物医药

日本岐阜药科大学桧井荣一教授等人组成的研究小组与日本金泽大学金田胜幸教授和小川数马副教授、东京医科齿科大学越智广树助教和佐藤信吾讲师、松本齿科大学小林泰浩教授、美国国立卫生研究院高级研究员Yun-Bo Shi以及英国邓迪大学Peter M. Taylor教授等人通过联合研究,发现了对保持骨骼健康至关重要的生理信号和新的分子机制。

构成人体的细胞以氨基酸为营养源和蛋白质的来源。细胞不仅自己合成氨基酸,还会利用细胞膜上存在的氨基酸转运蛋白从细胞外部获取氨基酸。通过此前的研究已经知道,氨基酸转运蛋白的异常与癌症、神经退行性疾病和糖尿病等多种疾病的发病有关,但并不清楚氨基酸转运蛋白介导的营养环境信号具体是如何参与骨骼代谢的。

此次研究小组发现,作为氨基酸转运蛋白之一的L-型氨基酸转运蛋白1(LAT1)在“保持骨骼健康”方面发挥了重要作用,并查明了其详细的分子机制。

LAT1负责将亮氨酸和异亮氨酸等大型中性氨基酸转运到细胞内。此次研究小组着手调查了LAT1是否与氨基酸信号维持骨骼组织稳态有关。

研究小组首先培育了成骨细胞的LAT1特异性失活的小鼠,未发现骨骼代谢异常。另外还培育了破骨细胞的LAT1特异性失活的小鼠,发现骨量大幅减少(图1)。由此确认,破骨细胞中表达的LAT1介导的氨基酸信号对骨骼代谢非常重要。

氨基酸对保持骨骼健康至关重要

图1:成年小鼠大腿骨的图像

从图中可以看出,破骨细胞的LAT1特异性失活小鼠的大腿骨与对照小鼠的大腿骨相比,骨量较少。

接下来,研究小组调查了LAT1失活细胞的细胞功能,以试图解决“为什么破骨细胞的LAT1失活会造成骨骼代谢异常”。结果发现,LAT1失活造成了破骨细胞的数量、大小以及骨吸收能力增加。通过进一步的详细解析发现,在LAT1失活细胞中,mTORC1信号被抑制,NFATc1的表达量增加,核转位增强。

以上结果表明,以破骨细胞中的LAT1为起点的氨基酸信号,经由mTORC1调节NFATc1的表达量和功能,从而在骨骼代谢中发挥了重要作用(图2)。

氨基酸对保持骨骼健康至关重要

图2:通过LAT1/mTORC1途径控制NFATc1转录和核转位

破骨细胞的LAT1激活mTORC1信号,控制NFATc1的表达量及核转位。

此次的研究成果为骨骼保持健康状态提供了新的知识和概念,同时也为“适量摄取蛋白质和氨基酸的饮食生活习惯对保持骨骼健康事关重要”这个概念提供了新的证据。另外,还针对因骨代谢异常和无法维持骨组织稳态而引起的多种运动器官疾病及骨骼系统疾病提供了新的知识和解决思路。

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文:JST客观日本编辑部翻译整理

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