科隆大学:科学家发现能够超级提升细胞能量的营养素

科学家发现了氨基酸亮氨酸通过保存驱动能量生产关键的蛋白质来提高线粒体效率的方式。亮氨酸通过下调蛋白 SEL1L 来防止不必要的降解并增强细胞的能量输出。研究结果将饮食直接与线粒体健康联系起来，并暗示了对与能量相关疾病的潜在治疗应用。

在肉类和豆类等食物中发现的一种必需氨基酸——亮氨酸，被发现可以直接通过防止关键线粒体蛋白质的分解来增强线粒体的能量生产。

线粒体是细胞内的小结构，产生身体运动、生长和维持健康所需的能量。由于能量需求不断变化，线粒体必须不断调整其活动以跟上这种变化。这种适应性在一定程度上取决于提供给细胞的营养物质。

然而，直到最近，科学家们并不完全理解营养物质是如何影响这一能量调节过程的。科隆大学遗传学研究所和卓越研究中心CECAD衰老研究集群领导的由Thorsten Hoppe教授博士带领的研究小组现在发现了一条新的生物途径，展示了亮氨酸如何增强线粒体的表现。

他们的研究揭示了亮氨酸稳定重要线粒体蛋白质的作用，增强了该亚细胞器产生能量的能力。该项研究的标题为“亮氨酸抑制外膜线粒体蛋白的降解以适应线粒体呼吸”。

该研究发表在《Nature Cell Biology》上。亮氨酸如何支持能量生产亮氨酸是必需氨基酸之一，意味着它必须通过食物获得。它是蛋白质合成的关键成分，并且富含肉类、乳制品以及豆类等高蛋白食品中的亮氨酸。研究人员发现，亮氨酸有助于保护线粒体外膜上的某些蛋白质不被分解。这些蛋白质至关重要，因为它们负责将其他代谢分子运输到线粒体内以产生能量。通过保存这些蛋白质，亮氨酸使线粒体更有效地工作，从而在细胞内产生更高的能量输出。

“我们很高兴发现，细胞的营养状态特别是其亮氨酸水平直接影响能量生产。”该研究的第一作者李乔楚博士说。“这一机制使得细胞能够在营养丰富时期迅速适应增加的能量需求。”

研究还揭示了名为SEL1L的一种蛋白质在此过程中扮演着重要角色。SEL1L是细胞质量控制系统的一部分，负责识别和移除故障或错误折叠的蛋白质。亮氨酸似乎会减少SEL1L的活性。

这减少了线粒体蛋白的分解并改善了线粒体的功能。“通过调节亮氨酸和SEL1L的水平可能是一种提升能量生产的方法，”李说，“然而，必须谨慎行事。

SEL1L在防止受损蛋白质积累方面也扮演着关键角色，这对于长期细胞健康至关重要。”更广泛的健康与疾病影响为了探索其发现的更广泛影响，研究人员在模式生物线虫（Caenorhabditis elegans）中研究了这一过程。

他们发现亮氨酸代谢问题可以损害线粒体功能，甚至导致生育问题。当团队检查人类肺癌细胞时，他们发现某些影响亮氨酸代谢的突变实际上有助于癌细胞存活，突显出未来癌症治疗策略中的一个重要因素。

这些发现表明，我们摄入的营养物质不仅仅为身体提供燃料——它们还积极地影响着细胞内部能量的产生方式。

通过揭示亮氨酸对线粒体代谢的影响，这项研究指出了与能量产生减少相关的疾病（包括癌症和代谢障碍）潜在的新治疗靶点。该研究得到了德国卓越战略的支持，作为CECAD的一部分，并且得到了德国研究基金会(DFG)资助的多个合作研究中心的支持。

本文工作发表于《自然细胞生物学》（2025）-“亮氨酸抑制线粒体外膜蛋白的降解以适应线粒体呼吸”。

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