粒線體常被稱為細胞的能量工廠，因為它們能產生身體運作所需的能量。這些微小的結構會根據細胞所需的能量多寡，不斷調整其活性。科學家們早已知道營養素會影響這個過程，但細胞究竟如何感知並回應這些營養素，一直以來仍不明朗。
現在，科隆大學的研究人員揭示了一種新機制，說明胺基酸亮胺酸（leucine）如何能增強粒線體的效能。他們的研究結果顯示，亮胺酸有助於維持參與能量生產的關鍵蛋白質，讓細胞能更有效地產生能量。這項由遺傳學研究所及 CECAD 衰老研究卓越集群的 Thorsten Hoppe 教授領導的研究，發表在《Nature Cell Biology》期刊，標題為「亮胺酸抑制粒線體外膜蛋白質降解以適應粒線體呼吸」。
亮胺酸如何支持細胞的能量工廠
亮胺酸是一種必需胺基酸，這意味著人體無法自行生產，必須從食物中攝取。它常見於富含蛋白質的食物中，包括肉類、乳製品、豆類和扁豆。雖然亮胺酸已因其在蛋白質構建中的作用而聞名，但這項新研究揭示了它的另一項重要功能。
研究團隊發現，亮胺酸能阻止位於粒線體外表面的某些蛋白質分解。這些蛋白質有助於將重要的代謝分子運輸到粒線體內，以便能量生產能持續有效進行。透過保護這些蛋白質免於降解，亮胺酸能讓粒線體以更高的水平運作，並幫助細胞滿足增加的能量需求。
「我們很高興地發現，細胞的營養狀態，尤其是其亮胺酸水平，直接影響能量生產。」該研究的第一作者 Qiaochu Li 博士說。「這種機制讓細胞能夠在營養豐富的時期，迅速適應增加的能量需求。」
SEL1L 在能量生產中的作用
研究人員還確定了一種關鍵蛋白質 SEL1L，它有助於調節這個過程。在正常情況下，SEL1L 作為細胞品質控制系統的一部分，識別受損或錯誤摺疊的蛋白質，並將其標記為待銷毀。
根據該研究，亮胺酸似乎會抑制 SEL1L 的活性。結果是，較少的粒線體蛋白質被分解，從而提高了粒線體的效率並促進了細胞能量的生產。
「調節亮胺酸和 SEL1L 的水平可能是促進能量生產的一種策略。」Li 補充道。「然而，謹慎行事很重要。SEL1L 在防止受損蛋白質積聚方面也起著至關重要的作用，這對長期的細胞健康至關重要。」
與癌症和代謝疾病的潛在關聯
為了更好地理解這項發現的廣泛影響，研究人員研究了亮胺酸代謝對微小圓蟲 Caenorhabditis elegans 的影響。他們發現，亮胺酸代謝問題可能會損害粒線體功能，甚至導致生育問題。
該團隊還檢查了人類肺癌細胞，並發現一些影響亮胺酸代謝的癌症相關突變似乎改善了癌細胞的存活率。這一發現表明，該途徑可能在未來的癌症研究和治療開發中扮演重要角色。
總體而言，這項研究提供了新的證據，證明營養素的作用遠不止於為身體提供燃料。它們還在分子層面上積極影響細胞如何產生和管理能量。透過揭示亮胺酸如何調節粒線體活性，研究人員相信他們的工作最終可能幫助指導針對代謝紊亂、癌症以及其他與能量生產受損相關疾病的新療法。
