粒線體是細胞內微小的結構，負責產生身體運動、生長和維持健康所需的能量。由於能量需求不斷變化，粒線體必須持續微調其活動以適應變化。這種適應性部分取決於細胞可獲得的營養素。然而，直到最近，科學家才完全了解營養物質如何影響這個能量調節過程。
由科隆大學遺傳學研究所和衰老研究卓越集群CECAD的Thorsten Hoppe教授領導的研究小組，發現了一條新的生物學通路，揭示了氨基酸亮氨酸( leucine，又稱白胺酸)如何增強粒線體功能。他們的研究證明，亮氨酸能夠穩定重要的粒線體蛋白，從而增強粒線體產生能量的能力。這項題為「亮氨酸抑製粒線體外膜蛋白的降解以調節粒線體呼吸作用」的研究發表在《自然·細胞生物學》雜誌上。
亮氨酸如何支持能量產生
亮氨酸是必需氨基酸之一，這意味著它必須從食物中獲取。它是蛋白質合成的關鍵成分，在肉類、乳製品以及豆類（如豆子和扁豆）等富含蛋白質的食物中含量豐富。研究人員發現，亮氨酸有助於保護粒線體外膜上的某些蛋白質免於分解。這些蛋白質至關重要，因為它們負責將其他代謝分子運送到粒線體中以產生能量。透過保護這些蛋白質，亮氨酸能夠使粒線體更有效率地工作，從而提高細胞內的能量輸出。
「我們很高興地發現，細胞的營養狀況，尤其是亮氨酸濃度，會直接影響能量產生，」該研究的第一作者李巧楚博士說。 “這種機制使細胞能夠在營養充足時期迅速適應能量需求的增加。”
該研究還揭示了一種名為SEL1L的蛋白質在此過程中發揮重要作用。 SEL1L是細胞品質控制系統的一部分，負責識別並清除缺陷或錯誤折疊的蛋白質。亮氨酸似乎可以降低SEL1L的活性，從而減少粒線體蛋白質的分解，並改善粒線體功能。 “調節亮氨酸和SEL1L的濃度可能是一種提高能量產生的策略，”李教授說，“然而，謹慎行事至關重要。SEL1L在防止受損蛋白質積累方面也發揮著關鍵作用，這對於維持細胞的長期健康至關重要。”
對健康和疾病的更廣泛影響
為了探討研究結果的更廣泛影響，研究人員在模式生物秀麗隱桿線蟲中研究了這個過程。他們發現，亮氨酸代謝異常會損害粒線體功能，甚至導致生育問題。當研究團隊檢測人類肺癌細胞時，他們發現某些影響亮氨酸代謝的突變實際上有助於癌細胞存活，這凸顯了未來癌症治療策略的一個重要因素。
這些發現證實，我們攝取的營養物質不僅僅是為身體提供能量——它們還會積極影響細胞內的能量產生方式。透過揭示亮氨酸如何影響粒線體代謝，這項研究為治療與能量產生減少相關的疾病（包括癌症和代謝紊亂）提供了潛在的新標靶。
參考文獻:
- Qiaochu Li, Konstantin Weiss, Fuateima Niwa, Jan Riemer, Thorsten Hoppe. Leucine inhibits degradation of outer mitochondrial membrane proteins to adapt mitochondrial respiration. Nature Cell Biology, 2025; DOI: 10.1038/s41556-025-01799-3
