细胞可以使用尿苷作为能量来源

我们的身体燃烧碳水化合物、蛋白质和脂肪作为燃料，现在，麻省理工学院和哈佛大学博德研究所以及洛桑大学的研究人员发现了细胞的另一种重要能量来源：尿苷，这是RNA特有的化学结构单元。

他们的新发现表明，从健康的免疫细胞到癌细胞，细胞可以像处理糖一样处理RNA中的尿苷，以在葡萄糖有限时维持生长。先前的研究表明，富含尿苷的饮食会导致小鼠肥胖和糖尿病前期，但科学家们并不知道细胞是否或如何将RNA转化为ATP，分子细胞燃烧能量。

在今天发表在NatureMetabolism上的一项研究中，研究小组确定了一种生化途径，细胞利用该途径分解尿苷衍生的糖，然后燃烧这些糖以获取能量。研究人员表示，针对这一途径可能有助于治疗癌症和糖尿病等代谢紊乱，并有助于调整免疫反应。

研究结果来自一个团队，其中包括瑞士洛桑大学的助理教授、共同资深作者亚历克西斯·朱尔丹(AlexisJourdain);VamsiMootha，Broad研究所成员，哈佛医学院系统生物学和医学教授，麻省总医院分子生物学教授;以及共同第一作者、Mootha实验室的博士后研究员OwenSkinner和博士JoanBlanco-Fernández。Jourdain实验室的学生。

“生物体中充满了RNA，通常以核糖体的形式出现，因此也充满了尿苷，”Jourdain说，他在研究开始时是Mootha实验室的博士后研究员。“你可以吃低碳水化合物饮食，但只要你的食物中含有RNA，你的身体就能将RNA转化为糖分。”

尿苷作为食物

作为Mootha实验室的研究员，Jourdain想知道当营养物质有限时，细胞可能使用哪些基因和通路来维持生命。Jourdain和他的同事使用遗传筛选发现，UPP1和UPP2两个基因的表达显着增加了无葡萄糖培养基中细胞的生长。这些基因编码有助于分解尿苷的酶，当尿苷是它们唯一的食物来源时，表达UPP1和UPP2的细胞就会生长。

Jourdain想知道细胞是否也可以从RNA中提取尿苷，因此他将RNA添加到无糖培养基中的一盘癌细胞中。令他惊讶的是，细胞生长了，这表明它们能够处理尿苷，即使它是RNA的一部分。

“我记得告诉我的朋友，我做了一个疯狂的实验，我试图用RNA喂养细胞，”Jourdain回忆道。“我认为这不会奏效——看到细胞在生长，我感到非常惊讶。”

为了进一步探究该通路在癌症类型中的普遍性，该团队使用了PRISM，这是Broad的一项技术，可以对数百种人类癌细胞系进行高通量筛选。他们与哈佛医学院的DavidFisher团队一起发现，尿苷的糖酵解在黑色素瘤中尤为突出，但也发生在其他癌症中。

科学家们还表明，这一过程发生在免疫细胞中，其中尿苷可能通过为细胞提供能量来帮助维持免疫反应。其他研究人员记录的基因表达模式表明，该通路可能发生在血细胞、肺、脑和肾脏中。

尽管RNA和尿苷的糖酵解很普遍，但它不受细胞调节，这可能对代谢疾病具有重要意义。这种缺乏调节意味着细胞即使在不需要能量时也会继续燃烧RNA或尿苷，这可能有助于解释为什么富含尿苷的饮食与小鼠的肥胖、脂肪肝和糖尿病前期有关。

利用尿苷的糖酵解

Jourdain看到了一系列利用该通路进行治疗的方法。科学家们可以抑制癌症中的通路使它们挨饿，或者降低自身免疫性疾病中过度活跃的免疫细胞的活性。相反，它们可以促进增强免疫细胞抵抗病原体的途径。

Jourdain的实验室现在正致力于在动物模型中寻找该通路的抑制剂及其生理学。最终，他们还想研究富含RNA的食物对人类肥胖的影响。

“我们一直低估了我们可以从食用核苷酸中获得多少能量，”Jourdain说。“这真是新陈代谢和营养领域的新玩家。”