Science：经肌肉疾病的代谢缺陷机制

近日，碳水化合物如何转化成能量的相关研究有了惊人的发现，这一研究成果将为神经肌肉疾病甚至是癌症和心脏疾病带来巨大治疗意义。

直到这项研究前，神经肌肉疾病的致病原因一直不明。研究人员从有疾病障碍三个家庭成员身上获得DNA后，犹他州科学家、生物化学和人类遗传学教授Jared Rutter博士对获得的DNA基因进行测序，并发现了导致这种破坏性疾病的两个突变基因。

碳水化合物转化成能量的能力是人类和其他生物生活的关键。但是当这个过程出错时，可能会带来致命的健康问题。Rutter说：如果我们能想出一个办法来纠正这一过程中的缺陷，我们旧有可能治疗这种疾病。

研究人员主要研究了两种蛋白质——Mpc1和Mpc2。他们发现这两种蛋白质在产生ATP过程中起到举足轻重作用，ATP是细胞能量的主要来源。Rutter和他的同事们还发现当Mpc1和MPC2受损时，往往会造成致命的神经肌肉疾病。

为了产生ATP，人体必须将代谢产生碳水化合物，并将它们转化为丙酮酸，然后进入线粒体内。一旦进入线粒体，丙酮酸被消耗并最终生产ATP。Rutter和他的同事研究发现Mpc1和Mpc2对于丙酮酸进入到线粒体内非常关键。当Mpc1和Mpc2突变时，丙酮酸不能进入到线粒体，最终ATP也不能有效地产生，这时就有可能出现严重的健康问题包括神经肌肉疾病等。

这项研究结果可能有助于了解某些癌症和心脏疾病相关的代谢缺陷机制。癌细胞不同于正常细胞，通常在ATP产生过程中不消耗丙酮酸。相反，肿瘤细胞会将丙酮酸转化为乳酸，这就是著名的Warburg效应。

这项研究的第一作者是犹他州立大学人类遗传学的博士生Daniel K. Bricker。

doi:10.1126/science.1218099
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PMID:

A Mitochondrial Pyruvate Carrier Required for Pyruvate Uptake in Yeast, Drosophila, and Humans

Daniel K. Bricker*, Eric B. Taylor*, John C. Schell,*, Thomas Orsak,*, Audrey Boutron, et al.

Pyruvate constitutes a critical branch point in cellular carbon metabolism. We have identified two proteins, Mpc1 and Mpc2, as essential for mitochondrial pyruvate transport in yeast, Drosophila, and humans. Mpc1 and Mpc2 associate to form an ~150 kilodalton complex in the inner mitochondrial membrane. Yeast and Drosophila mutants lacking MPC1 display impaired pyruvate metabolism, with an accumulation of upstream metabolites and a depletion of tricarboxylic acid cycle intermediates. Loss of yeast Mpc1 results in defective mitochondrial pyruvate uptake, while silencing of MPC1 or MPC2 in mammalian cells impairs pyruvate oxidation. A point mutation in MPC1 provides resistance to a known inhibitor of the mitochondrial pyruvate carrier. Human genetic studies of three families with children suffering from lactic acidosis and hyperpyruvatemia revealed a causal locus that mapped to MPC1, changing single amino acids that are conserved throughout eukaryotes. These data demonstrate that Mpc1 and Mpc2 form an essential part of the mitochondrial pyruvate carrier.