文献解读
绘谱导读︱8月代谢组学文献精选
一、Cell Metabolism | 咪唑丙酸通过p38γ依赖性抑制AMPK磷酸化影响二甲双胍药效
(1) 本研究通过询问调查服用二甲双胍的2型糖尿病患者血糖水平是否与咪唑丙酸水平相关，结果发现高血糖受试者中丙酸咪唑的平均水平高于血糖＜7.8 mM的受试者，说明丙酸咪唑水平与二甲双胍药效存在负相关；
(2) 小鼠注射丙酸咪唑可逆转二甲双胍诱导的空腹血糖水平下降，同时经二甲双胍处理的小鼠糖耐量和糖尿病小鼠糖耐量出现降低；
(3) 丙酸咪唑干预后，肝脏AMPK S485磷酸化增加，而二甲双胍诱导AMPK T172磷酸化和随后的AMPK活性均受到抑制；其中，咪唑丙酸是通过Akt/AMPK轴来介导AMPK磷酸化抑制；
(4) 体外实验发现，p38γ可直接磷酸化Akt S473和T308残基，而敲除p38γ则抑制了丙酸咪唑诱导的Akt和AMPK S485磷酸化，表明p38γ是Akt的一种直接激酶；
(5) 吡非尼酮可以有效地阻止丙酸咪唑诱导的p38g磷酸化（激活）以及随后的Akt T308和抑制性AMPK丝氨酸磷酸化，进而逆转丙酸咪唑对二甲双胍诱导的AMPK T172肝脏磷酸化的抑制作用，表明吡非尼酮可有效阻断丙酸咪唑对二甲双胍的抑制作用。
Microbial Imidazole Propionate Affects Responses to Metformin through p38γ-Dependent Inhibitory AMPK Phosphorylation. Cell Metab. 2020. doi:10.1016/j.cmet.2020.07.012.
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二、Cell Metabolism | 靶向DGAT1增加脂肪代谢和氧化应激改善胶质母细胞瘤
(1) 胶质母细胞瘤（GBM）肿瘤组织中含有大量TGs，通过蛋白质印迹和实时荧光定量PCR检测发现DGAT1蛋白及mRNA均上调表达，生存分析显示肿瘤组织中DGAT1蛋白及mRNA高表达与GBM患者总体生存率呈负相关；
(2) DGAT1在多种GBM细胞系中的表达显著高于DGAT2，抑制DGAT1均显著降低了GBM细胞中脂滴（LD）数量和甘油三酯（TGs）水平，而抑制DGAT2仅导致LD\TGs水平的轻微降低，此外，抑制DGAT1可诱导GBM细胞死亡；
(3) DGAT1被抑制后，线粒体结构被严重破坏，ROS水平显著增加；同时，脂质稳态破坏，酰基肉碱水平升高会诱导线粒体破碎和肿胀而脂肪酸氧化过度激活导致严重的氧化应激和细胞损伤，进而促使GBM细胞死亡；
(4) 遗传性抑制DGAT1来阻断FA的储存可以有效抑制肿瘤生长并诱导细胞凋亡并显著改善GBM小鼠总体存活率；药理性抑制DGAT1也可有效抑制GBM移植瘤生长并诱导肿瘤细胞凋亡，且没有观察到DGAT1抑制剂对小鼠肝脏、肾脏和脾脏的毒性作用。
Targeting DGAT1 Ameliorates Glioblastoma by Increasing Fat Catabolism and Oxidative Stress. Cell Metab. 2020. doi:10.1016/j.cmet.2020.06.002.
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三、Cell Reports | 特定肠道菌群-叶酸-肝轴的激活有益于缓解非酒精性脂肪肝
(1)通过给fa/fa脂肪肝大鼠模型口服不同剂量灵芝杂萜衍生物(GMD,Ganoderma meroterpene derivative)，发现GMD可通过减少脂肪从头生成和增加脂质氧化减轻肝脏脂肪变性，以及GMD通过抑制肝脏VLDL分泌来降低血浆脂质水平；
(2)盲肠内容物16S rRNA测序显示GMD治疗后肠道微生物组成及功能发生显著变化，其中B.thetaiotaomicron，B.acidifaciens，B.dorei和B.uniformis显著富集，已有研究报道这四种肠道菌可改善脂质代谢功能，提示GMD可能通过对拟杆菌富集发挥治疗作用；
(3) 菌群LEfSe分析显示GMD治疗后叶酸代谢相关途径被显著富集，此外，叶酸介导的一碳代谢相关肝基因表达也显著增加。这些结果提示肠道微生物叶酸生物合成与GMD对NAFLD的有益影响存在密切关系，产生叶酸的肠道细菌具有重要作用；
(4) 解木糖拟杆菌B.xylanisolvens（LBX）在GMD治疗后富集最显著，通过灌胃LBX，发现其显著改善高脂喂养小鼠诱导的NAFLD症状，同时血浆和肝脏中的总叶酸水平显著提高，表明GMD通过特异性的肠道共生菌(拟杆菌)-叶酸-肝脏通路纠正NAFLD相关的氧化应激、肝脂肪变性和脂肪性肝炎。
Activation of a Specific Gut Bacteroides-Folate-Liver Axis Benefits for the Alleviation of Nonalcoholic Hepatic Steatosis. Cell Rep. 2020. doi:10.1016/j.celrep.2020.108005.
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四、Nature Chemical Biology | 减肥手术揭示一个新的肠道TGR5激动剂及其抗糖尿病作用
(1) 采用超高效液相色谱-质谱法（UPLC-MS）对胃切除小鼠和假手术小鼠盲肠内容物和肝脏、胃切除患者前后粪便进行胆汁酸定量分析，结果显示小鼠以及人在胃切除手术后，胆汁酸CA7S的含量增加；
(2) CA7S以剂量依赖的方式激活人的TGR5，在内源性TGR5激动剂存在的情况下，CA7S也可以诱导人肠L细胞(NCI-H716)分泌GLP-1；此外，CA7S可以诱导Tgr5表达，并且在肠上皮细胞的顶点侧发挥作用；
(3) DIO小鼠过夜禁食后采用导尿管将CA7S注射到十二指肠和直肠，CA7S处理小鼠在15分钟内全身GLP-1水平升高，同时胰岛素水平升高，血糖水平降低，表明CA7S对肠道的急性处理可以改善高糖血症；
(4) 口服CA7S诱导GLP-1循环水平升高，糖耐量增加；CA7S的降糖效果需要TGR5参与；长期服用CA7S也是如此；
(5) 虽然在肠道中观察到高浓度的CA7S，但循环血液和门脉静脉血中均检测不到这种代谢物，表明CA7S不会因为肝肠循环而吸收入血。此外，CA7S处理并不会引起胆囊增加的副效应以及不影响肠上皮完整性、肠上皮渗透性，表明CA7S主要在肠内发挥作用，并且对肠道是没有毒性的。
Bariatric surgery reveals a gut-restricted TGR5 agonist with anti-diabetic effects. Nat Chem Biol. 2020. doi:10.1038/s41589-020-0604-z.
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五、Aging Cell | 绿茶EGCG可延长肥胖大鼠寿命
表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）是绿茶中含量最高的儿茶素。已有研究表明，EGCG可延长健康大鼠寿命。
(1) 90只成年雄性大鼠分为对照组（NC），高脂（HF）和高脂+EGCG组，结果显示，NC，HF和EGCG组寿命中位数分别为693天，599天和683天，表明EGCG可延长肥胖大鼠寿命；
(2) EGCG改善了高脂饮食诱导的肥胖大鼠的血糖和血脂，并降低炎症和氧化应激，改善大鼠肝肾功能；
(3) EGCG显著降低总游离脂肪酸（FFA）、饱和脂肪酸（SFA）、n-6/n-3多不饱和脂肪酸的比值，表明EGCG延长肥胖大鼠寿命与脂肪酸代谢特别是n-3多不饱和脂肪酸有关；
(4) 肝脏转录组和蛋白质组联合分析结果表明，EGCG可调控炎症、氧化应激、脂肪酸转运、脂质代谢等相关的转录组及蛋白组，从而延长肥胖大鼠寿命。
The phytochemical epigallocatechin gallate prolongs the lifespan by improving lipid metabolism, reducing inflammation and oxidative stress in high-fat diet-fed obese rats. Aging Cell. 2020. doi:10.1111/acel.13199.
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六、Cancer Cell | 携带H3K27M突变的弥漫性先天性脑桥神经胶质瘤的代谢重编程
弥漫性脑桥神经胶质瘤（DIPG）是一种儿童致命性脑肿瘤，其中超过80％DIPG在组蛋白H3K27位点杂合性点突变（H3K27M）。由于DIPG位于脑桥/脑干内，因此无法通过手术切除，且常规化疗/放疗也效果甚微，因此迫切需要找到有效的治疗手段。
(1) 本研究对H3WT和H3K27M突变的小鼠神经元干细胞(NSCs)进行转录组、蛋白质组和代谢组分析，结果发现，H3K27M突变导致糖酵解和TCA循环代谢增强，其中，α-酮戊二酸（α-KG）显著升高，升高的α-KG可能是导致细胞内H3K27me3水平下降的重要原因；
(2) 对H3K27M突变的细胞进行Glutamine和Glucose饥饿处理均可导致H3K27me3升高，并会大幅抑制细胞的增殖，当回补α-KG后则得到了恢复；
(3) 抑制与a-KG合成有关的酶如GDH,HK2,IDH1/2，H3K27me3水平增加，并产生抗肿瘤活性，在小鼠模型上采用小分子抑制剂同样抑制肿瘤生长；
(4) 这些实验结果表明，阻断Glutamine 和Glucose生成α-KG可以提高含H3K27M突变细胞的H3K27me3水平，进而抑制携带这一突变的DIPG生长；并选取两种可以穿过血脑屏障的小分子抑制剂，JHU-083(glutamine结构类似物)以及一种IDH的共价结合抑制剂进行炎症。
Integrated Metabolic and Epigenomic Reprograming by H3K27M Mutations in Diffuse Intrinsic Pontine Gliomas. Cancer Cell. 2020. doi:10.1016/j.ccell.2020.07.008.
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七、Cell Metabolism | 局部线粒体ATP可调节内皮细胞脂肪酸的摄取和运输
大多数器官都使用FAs（脂肪酸）作为燃料，但血中运输的FAs是如何穿过内皮细胞(ECs)到达下层组织，仍不清楚。
(1) 本研究通过小分子筛选，使用了超过2,200种不同的化学干扰物，包括激酶抑制剂、表观遗传抑制剂、GPCR/离子通道调节剂、代谢抑制剂、微生物剂等，发现了氯硝柳胺（niclosamide）是内皮细胞FA摄取和运输的新型抑制剂。其构效关系研究显示，氯硝柳胺通过线粒体的解偶联发挥作用；
(2) 采用一系列线粒体抑制剂以及ATP转运抑制剂进行探讨，结果发现ECs的FA摄取需要完整线粒体电子传递、氧化磷酸化以及ATP的生成。其中，线粒体ATP产生的增加导致FA摄取增加，这与糖酵解或细胞总ATP无关；
(3) ECs表达的FATP3和FATP4转运体是FAs摄取所必需的，其中，FATP4（脂肪酸转运蛋白4）介导内皮细胞吸收FA的途径不是在质膜，而是在内质网。并且依赖于局部线粒体产生的ATP来激活其ACS活性，促进内皮细胞FA的摄取。
Local Mitochondrial ATP Production Regulates Endothelial Fatty Acid Uptake and Transport. Cell Metab. 2020. doi:10.1016/j.cmet.2020.05.018.
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八、Cell Metabolism | NAD+可延长寿命，但不能挽救共济失调
线粒体复合物I（MC1）分别再生NAD+和质子泵用于TCA循环和ATP生成，其功能障碍与帕金森氏病和Leigh综合征等神经退行性疾病有关。然而，MC1的哪个功能是影响脑部病理学的主要因素尚不清楚。
(1) 本研究使用Cre / Lox方法构建NDUFS4条件性缺失和酵母NADH脱氢酶（NDI1）表达小鼠，其中，NDUFS4缺乏症的小鼠概括了人类Leigh综合征的许多特征，不过NDUFS4缺失不会导致MC1功能完全丧失。而NDI1不通过质子泵就能代替哺乳动物MC1的NAD +再生能力；
(2) 在NDUFS4（线粒体复合物I的亚基）缺失的Leigh综合征小鼠模型中，NDI1表达显著延长寿命（寿命从45天延长到365天以上），但不会显著改善运动功能，不过NDI1的表达改善NDUFS4缺失小鼠的小脑或脑干的MRI病变和小胶质细胞活化；
(3) 小脑全组织代谢组学结果表明，表达NDI1的NDUFS4缺失小鼠代谢物水平趋向于正常化。分离的星形胶质细胞U13C-葡萄糖示踪结果表明，表达NDI1的星形胶质细胞中柠檬酸、天冬氨酸、苹果酸、琥珀酸和谷氨酸水平增加，丙酮酸和丙氨酸减少。因此，NDI1表达改变从葡萄糖到TCA循环的碳通量；
(4) 小脑全组织转录组学基因富集分析（GSEA）表明，与cKO小鼠相比，cKO + NDI1小鼠的小脑中cKO小鼠小脑失调的许多关键通路表达显著富集（图4C和4D）。这意味着cKO + NDI1小鼠中这些通路的功能被完全或部分恢复。
NAD+ Regeneration Rescues Lifespan, but Not Ataxia, in a Mouse Model of Brain Mitochondrial Complex I Dysfunction. Cell Metab. 2020. doi:10.1016/j.cmet.2020.06.003.
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九、Nature Metabolism︱二羟基丙酮酸向mTORC1发出葡萄糖可用的信号
雷帕霉素复合物1(mTORC1)激酶是通过建立合成过程和分解过程之间平衡来调节细胞生长。mTORC1需要氨基酸、葡萄糖和能量水平高的情况下才能被激活。近年来，研究逐步阐明了通过GATOR-Rag调节mTORC1的多个氨基酸感应器，然而细胞能量物质葡萄糖水平改变如何直接影响mTORC1活性则知之甚少。
(1) 为了研究AMPK在mTORC1葡萄糖感应中的作用，作者制备了AMPK (α1 和α2)的敲除细胞系。葡萄糖缺乏时，在AMPK (α1和α2)敲除细胞系中，AMPK的底物ACC磷酸化被抑制，而mTORC1的活性也受到抑制，说明存在独立于AMPK的通路能够调节mTORC1活性；
(2) 为了确定对mTORC1激活重要的代谢物，作者开发了一种抑制糖酵解酶的遗传方法。mTORC1的活性通过检测S6K的磷酸化来进行。最后将关键分子锁定在醛羧酶ALDO之下和GAPDH之上的分子：DHAP和GAP；
(3) 为了鉴别两个分子对mTORC1活性影响，作者构建了TPI敲除细胞系。mTORC1主要感知DHAP分子水平的改变，DHAP相关其他代谢途径及其衍生分子均能影响mTORC1在葡萄糖缺乏时的活性调节；
(4) GATOR-Rag信号轴的扰动消除了mTORC1的葡萄糖感知，是mTORC1感知葡萄糖水平改变的关键。
Dihydroxyacetone phosphate signals glucose availability to mTORC1. Nature Metabolism. 2020. https://doi.org/10.1038/s42255-020-0250-5.
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十、Nature︱丝氨酸限制改变鞘脂多样性从而抑制肿瘤生长
丝氨酸、甘氨酸以及其他的一些非必需氨基酸都与肿瘤的发生发展有着紧密的联系，因此抑制这些非必需氨基酸的活性和利用度可作为癌症治疗的潜在手段。然而，其中的分子生物学机制和对脂质代谢可能造成的影响尚未可知。
(1) 线粒体丙酮酸载体(MPC) 抑制剂UK5099可以显著降低非贴壁细胞中丙氨酸的含量。作者认定，丙氨酸水平的降低是抑制MPC增强肿瘤细胞非贴壁性生长的潜在机制。去除丝氨酸在一定程度上减缓了肿瘤球体的生长，而在没有丝氨酸或甲酸盐的情况下，甘氨酸水平也受到了抑制；
(2) 通过改变丝氨酸浓度测量了几种酶的KM值发现，丝氨酸棕榈酰转移酶SPT对丝氨酸的亲和力显著受到丝氨酸含量的影响。而通过去除丝氨酸和甘氨酸，补充丙氨酸就可以降低有毒的脱氧鞘脂水平，从而抑制HCT116细胞非贴壁生长；
(3) 脱氧鞘氨醇在N-酰化和形成脱氧DHCER时具有细胞毒性，因此使用fumonisin B1抑制神经酰胺的合成可以起到与多球壳菌素帮助非贴壁细胞生长相类似的效果，表明脱氧鞘脂的合成或降解的改变可改善非贴壁性生长；
(4) 缺乏丝氨酸和甘氨酸的饲养会导致有毒的脱氧鞘酯在肿瘤中累积，从而抑制肿瘤细胞生长。
Serine restriction alters sphingolipid diversity to constrain tumour growth. Nature. 2020. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2609-x.
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十一、Nature Communications︱HNF4α调节含硫氨基酸代谢并决定肝癌对甲硫氨酸限制的敏感性
肝脏是代谢含硫氨基酸（SAA）的主要器官，早期研究发现，许多与SAA相关的代谢酶在肝肿瘤中表达下降，并且这种下降与肿瘤的恶性程度以及不良预后都有关系。限制甲硫氨酸不仅可以延长寿命，还能对多种癌症有抑制作用，从而改善癌症治疗手段。但不同癌症细胞对甲硫氨酸有不同的依赖性和不同的反应，其中的分子机制尚不清楚。
(1) 对肝癌细胞和肿瘤数据库的聚类分析，HNF4α、SAA代谢基因和SAA代谢与人肝癌和细胞系正相关，并且HNF4α 阴性间充质肝癌细胞系的SAA代谢发生改变，因此，SAA 代谢基因的减少和 SAA 代谢的重调可能作为肝癌进展的标志；
(2) 甲硫氨酸/胱氨酸限制（MCR）培养间充质肝癌细胞系和上皮细胞系，与上皮细胞相比，间充质细胞对MCR引起的细胞死亡更具抵抗力。索拉非尼（针对肝癌晚期的药物）也可以诱导细胞内胱氨酸的消耗，HNF4α 阴性的间充质肝癌细胞在完全培养基中培养时，增强细胞对索拉非尼的耐受力；
(3) 用siRNA敲低HNF4α会显著降低 HNF4α阳性细胞以及正常人肝细胞中 SAA 代谢关键酶的 mRNA 和蛋白质水平，HNF4α通过转录调节 SAA 酶的表达来控制肝癌细胞中SAA 代谢；
(4) 上皮肝癌细胞中 HNF4α 缺乏会使整体代谢向间充质肝癌细胞转移，HNF4α状态影响肝脏肿瘤在体外和体内对甲硫氨酸限制的敏感性；
(5) HNF4α调节胱氨酸代谢显著促进了细胞对 MCR 的敏感性，SAA 代谢物回补实验也显著降低了 SNU449 细胞的间充质特征。
HNF4α regulates sulfur amino acid metabolism and confers sensitivity to methionine restriction in liver cancer. Nature Communications. 2020. https://doi.org/10.1038/s41467-020-17818-w.
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十二、PNAS︱肠道菌群的色氨酸代谢产物通过芳香烃受体调节肠道屏障功能
炎症性肠病（IBD）由肠道内免疫稳态失调导致肠道内慢性炎症所引起的疾病，许多IBD患者表现为肠道上皮屏障功能受损。肠道菌群及其代谢产物在调节肠道免疫稳态中起着重要作用，有研究表明，饮食中营养物质，如色氨酸（Trp）被菌群代谢产生一些物质，可以调节Treg细胞分化、维持肠上皮细胞以及激活自然杀伤T细胞等，然而这些分子涉及到的途径仍知之甚少。
(1) 喂食Trp可通过肠道菌群依赖的方式，改善DSS诱导的小鼠结肠炎
(2) 体外实验发现，特定的菌群Trp代谢产物（吲哚-3-乙醇、吲哚-3-丙酮酸和吲哚-3-乙醛）可改善肠道屏障功能；
(3) 体内模型实验显示，这些Trp代谢产物通过维持顶端连接复合体（AJC）及其相关肌动蛋白调控蛋白的完整性，抑制肠道通透性的增加，从而改善DSS诱导的小鼠结肠炎；
(4) 机制研究表明，这些Trp代谢产物作为芳香烃（AhR）配体，在小鼠体内以AhR依赖的方式抑制肌球蛋白IIA和Ezrin激活。
Scott et al., Microbial tryptophan metabolites regulate gut barrier function via the aryl hydrocarbon receptor. PNAS. 2020. https://doi.org/10.1073/pnas.2000047117.
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