馬薩諸塞州總醫(yī)院 (MGH) 的研究人員開發(fā)了一種新方法來緩解線粒體功能障礙引起的問題，線粒體是在細(xì)胞中產(chǎn)生能量的“動力源”。他們的發(fā)現(xiàn)于 1 月 13 日發(fā)表在《自然生物技術(shù)》雜志上，可能會為由“斷裂”線粒體引起的罕見疾病提供新的治療方法，但也可用于開發(fā)針對更常見的與年齡相關(guān)的疾病的新療法。
所有細(xì)胞都有線粒體。“線粒體從我們吃的食物中獲取電子并將它們轉(zhuǎn)移到氧氣中，”MGH 分子生物學(xué)系研究員、《自然生物技術(shù)》論文的資深作者 Vamsi Mootha 醫(yī)學(xué)博士解釋說。Mootha 將此過程比作河流順山而下，水輪利用水流產(chǎn)生能量。
然而，線粒體疾病就像一座大壩，阻礙了這種平穩(wěn)的流動，導(dǎo)致電子堆積，稱為氧化還原失衡，并阻礙了細(xì)胞內(nèi)重要的化學(xué)反應(yīng)。“我們認(rèn)為毒性來自‘水車’不再旋轉(zhuǎn)的事實，”Mootha 說。多余的電子最終以乳酸的形式進(jìn)入血液循環(huán)，乳酸是一種分子，可作為細(xì)胞內(nèi)發(fā)生疾病的標(biāo)志物。
線粒體功能障礙會導(dǎo)致 300 多種罕見的遺傳疾病，例如 Leigh 綜合征(一種可在嬰兒早期出現(xiàn)的致殘性神經(jīng)系統(tǒng)疾病)和 MELAS(導(dǎo)致肌肉無力、糖尿病和中風(fēng)，通常在 40 歲之前發(fā)病)。然而，線粒體功能逐漸下降也發(fā)生在帕金森病和其他更常見的疾病中。“即使是衰老過程本身，如果沒有疾病，也與線粒體活性下降有關(guān)，”Mootha 說。
為了解決這個問題，Mootha 和他的同事通過結(jié)合兩種細(xì)菌蛋白質(zhì)，乳酸氧化酶 (LOX) 和過氧化氫酶 (CAT)，創(chuàng)造了一種合成酶(稱為 LOXCAT)。他的團(tuán)隊將 LOXCAT 添加到培養(yǎng)的具有線粒體缺陷的人類細(xì)胞的培養(yǎng)基中，發(fā)現(xiàn)人工酶將乳酸轉(zhuǎn)化為丙酮酸，丙酮酸進(jìn)入細(xì)胞并獲取電子，從而緩解堆積。丙酮酸又轉(zhuǎn)化為乳酸，從細(xì)胞中釋放出來。LOXCAT 將乳酸鹽重新轉(zhuǎn)化為丙酮酸鹽，丙酮酸鹽重新開始這個過程，形成一個循環(huán)。
“我們的新療法直接以循環(huán)乳酸為目標(biāo)，作為安全消散多余電子的一種方式。氧化還原平衡得到恢復(fù)，細(xì)胞??內(nèi)的流動恢復(fù)，”Mootha 說。“這里概念上的新概念是我們的酶不必進(jìn)入細(xì)胞——它對進(jìn)入和離開的化學(xué)物質(zhì)起作用，以有益于細(xì)胞的內(nèi)部運(yùn)作。”
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