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为探究 UA 对人类骨骼肌细胞胰岛素和合成代谢敏感性的影响,英国诺丁汉大学医学院等机构研究人员开展相关研究,发现 UA 可提升葡萄糖摄取、抑制 MSTN 表达。该研究为改善胰岛素抵抗提供新方向,值得科研读者一读。
在当今世界,非传染性疾病(NCD)已然成为全球健康的 “头号公敌”。据世界卫生组织(WHO)估算,它导致了全球 74% 的死亡,像心血管疾病、癌症、慢性呼吸道疾病和糖尿病这些常见的非传染性疾病,更是占了过早死亡人数的 80% 以上 。而高血压、超重或肥胖、高血糖以及高血脂,都是引发这些疾病的主要 “帮凶”。在这些疾病的背后,还有一个 “隐藏杀手”—— 慢性炎症,它会引发一系列有害的代谢反应,比如细胞氧化应激、动脉粥样硬化,还有让人头疼的胰岛素抵抗 。
为了对抗这些疾病,科学家们把目光投向了一类神奇的物质 —— 营养补充剂。其中,植物产生的多酚类化合物备受关注。多酚就像是植物里的 “健康小卫士”,据说对预防非传染性疾病和延缓衰老有帮助。像鞣花单宁(ETs)和鞣花酸(EA),在石榴、核桃这些常见的水果和坚果里都能找到。不过,它们想要在人体内 “大展身手” 可不容易。ETs 和 EA 的药代动力学特性不太好,水溶性差,肠道通透性也不高,而且经过首过代谢后,在血浆里的半衰期很短 。好在,它们在大肠微生物群的作用下,会变身成为尿石素(urolithins),其中研究得最多的就是尿石素 A(UA)。
之前的研究发现,在骨骼肌培养物、线虫和啮齿动物模型里,UA 能提升肌肉功能、促进血管生成、增强呼吸和运动能力,还能改善葡萄糖耐量和胰岛素敏感性。在人体试验中,补充 UA 也展现出了良好的安全性,能提高骨骼肌线粒体基因的表达。不过,UA 对人类骨骼肌中胰岛素和合成代谢敏感性的影响,一直是个未解之谜。而骨骼肌代谢功能障碍和肌肉减少症的发生密切相关,解开这个谜团,或许就能明白 UA 对中老年人健康有益的内在机制。
为了找到答案,来自英国诺丁汉大学医学院等机构的研究人员在《Nutrition & Metabolism》期刊上发表了一篇名为 “The polyphenol metabolite urolithin A suppresses myostatin expression and augments glucose uptake in human skeletal muscle cells” 的论文。研究发现,UA 对人体骨骼肌细胞有代谢益处,它能提高基础和胰岛素刺激的葡萄糖摄取,还能抑制肌肉生长抑制素(MSTN)的表达。这一发现意味着,UA 有可能成为一种有效的营养补充剂,帮助改善胰岛素抵抗,为对抗肥胖和衰老相关疾病带来新希望。
研究人员在这次研究中主要用到了几个关键技术方法。首先,他们从 8 位健康成年人身上获取骨骼肌活检样本,培养出原代人肌源性细胞,并让它们分化成肌管(myotubes)。接着,用不同浓度的 UA 处理肌管 24 小时,用刃天青(resazurin)检测法评估细胞活力。然后,用氚标记的脱氧 - D - 葡萄糖来测量基础和胰岛素刺激下的葡萄糖摄取,通过表面翻译传感(SuNSET)技术估算氨基酸刺激的蛋白质合成。最后,利用实时荧光定量 PCR(qPCR)技术,测定 MSTN 和葡萄糖转运蛋白等相关基因的表达水平。
下面来看看具体的研究结果。
尿石素 A 对人肌源性培养细胞活力的影响
研究人员把分化后的肌管分为不同组,一组不做处理作为对照,其他组分别用浓度在 0.002 - 100 μM 之间的 UA 处理 24 小时。结果发现,当 UA 浓度不超过 50 μM 时,细胞活力没有明显变化;但当浓度达到 100 μM 时,细胞活力显著下降了约 40%。这说明,一定浓度范围内的 UA 不会 “伤害” 细胞,为后续研究打下了安全基础。
尿石素 A 对胰岛素和合成代谢敏感性的影响
混合效应方差分析显示,UA 和胰岛素对葡萄糖摄取都有显著影响,但二者之间没有交互作用。进一步比较发现,只有 50 μM 的 UA 处理组,基础葡萄糖摄取增加了 21%,胰岛素刺激的葡萄糖摄取增加了 24%,效果十分显著。然而,在观察 UA 对合成代谢敏感性的影响时,研究人员发现,UA 处理并没有改变氨基酸刺激的整体细胞蛋白质合成。这就像是 UA 在葡萄糖摄取和蛋白质合成这两个 “战场” 上,只在一个地方发挥了明显作用。
尿石素 A 对肌肉生长抑制素、葡萄糖转运蛋白和自噬相关基因 mRNA 表达的影响
通过重复测量单向方差分析,研究人员发现,UA 处理对 MSTN 的相对 mRNA 表达有显著影响。50 μM 的 UA 处理后,MSTN 表达降低了 14%。同时,UA 对葡萄糖转运蛋白 4(GLUT4)的基因表达也有显著影响,50 μM 的 UA 使 GLUT4 表达增加了 1.8 倍,不过对葡萄糖转运蛋白 1(GLUT1)的表达没有影响。在细胞自噬相关基因方面,只有微管相关蛋白 1 轻链 3B(MAP1LC3B)的表达受到 UA 影响,50 μM 的 UA 使其表达上调了 20% 。这一系列结果表明,UA 能精准地调控这些基因的表达,对细胞代谢产生影响。
综合研究结果和讨论来看,这次研究意义非凡。它首次直接评估了 UA 对原代人肌管胰岛素和合成代谢敏感性指标的影响。研究发现,50 μM 的 UA 处理 24 小时,能显著提高基础和胰岛素刺激的葡萄糖摄取,这和 GLUT4 mRNA 表达上调有关。虽然在急性处理时,UA 没有提升整体氨基酸刺激的细胞蛋白质合成,但它降低了 MSTN 的 mRNA 表达。MSTN 可是肌肉生长的 “刹车”,长期抑制它,说不定能给肌肉健康带来好处。
从机制上来说,UA 促进葡萄糖摄取,可能是因为 GLUT4 表达增加,让更多葡萄糖能进入细胞。而且,UA 还能提升线粒体功能,促进氧化磷酸化,这对胰岛素抵抗的人来说,就像是一场 “及时雨”。另外,UA 激活的 AMPK,既能调节自噬,又能影响 GLUT4 表达,这或许就是 UA 发挥双重作用的 “秘密武器”。
不过,研究也有一些局限性。比如,在循环中占主导的不是 “母体” UA,而是它的结合物,这些结合物在体外的生物活性比母体 UA 低,它们对骨骼肌生物学有什么影响还不清楚。而且,原代人肌源性组织培养耗时耗力,实验的独立重复次数有限,研究也只测量了 mRNA 水平,不能完全反映蛋白质的变化。
但这并不影响这次研究的价值。它为 UA 在人体骨骼肌细胞中的代谢益处提供了直接证据,让我们看到了 UA 在对抗肥胖和衰老相关疾病方面的潜力。未来,科学家们可以针对这些局限性进一步研究,说不定 UA 真能成为守护人类健康的 “新卫士”,在营养补充剂领域大放异彩。