线粒体功能随着年龄的增长而改变

(Phys.org)——一项新的研究发现，与年轻人相比，健康老年人与年龄相关的2型糖尿病发病和糖耐量受损可能是由于肌肉线粒体从脂肪酸代谢转换为葡萄糖代谢的能力降低。这项研究发表在美国国家科学院院刊．

65岁以上的美国人更容易患病2型糖尿病或葡萄糖不宽容。原因还不清楚，但研究表明，肌肉胰岛素抵抗，增加的肌细胞内脂质含量(IMCL，位于肌肉内的甘油三酯)和代谢率降低与衰老有关。正因为如此，科学家们对研究老年人和年轻人肌肉细胞内线粒体功能的差异很感兴趣。

然而，用典型的间接量热法很难分离出肌肉细胞中的线粒体功能。通常，间接量热法提供的信息是关于整个身体的基础代谢率，而不仅仅是肌肉细胞内的代谢。此外，它依赖于血液流动，而血液流动会因多种因素的变化而变化。

为了获得肌肉细胞中线粒体功能的更准确的图像，来自耶鲁大学医学院的Kitt Falk Petersen, Katsutaro Morino, Tiago C. Alves, Richard G. Kibbey, Sylvie Dufour, Saki Sono, Peter S. Yoo, Gary W. Cline和Gerald I. Shulman开发了一种使用液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)和研究两种关键代谢酶通量的方法¹³C-labeled葡萄糖。

在细胞代谢过程中，丙酮酸进入线粒体，经过一系列反应产生二氧化碳、水和乙酰辅酶a。在这个过程的第一步，丙酮酸反应由一种叫做丙酮酸脱氢酶的酶催化。乙酰辅酶a通过柠檬酸合成酶转化为柠檬酸。这项研究评估了健康、不吸烟的老年人(平均年龄为69岁)在禁食24小时和胰岛素刺激后肌肉线粒体内丙酮酸脱氢酶与柠檬酸合成酶的通量比率。他们与年轻的受试者配对(平均年龄为27岁)。

首先，Petersen等人进行了口服葡萄糖测试，并检查了受试者的IMCL含量。禁食后，老年受试者的血糖浓度高于年轻受试者，但其他因素，如胰岛素浓度，两者是相同的。摄入葡萄糖后，老年受试者血浆中葡萄糖和胰岛素浓度明显升高。质子磁共振波谱显示老年受试者IMCL含量高73%。

在评估受试者的葡萄糖耐量然后，Petersen等人利用高血糖-正糖钳夹研究结合葡萄糖稳定同位素检查受试者对血浆胰岛素水平升高的反应。年轻组和老年组的胰岛素水平都提高了，而葡萄糖水平通过可变葡萄糖输注保持不变。在血糖匹配和血浆胰岛素浓度增加的条件下，老年受试者的葡萄糖代谢速率比年轻受试者慢25%。胰岛素刺激的葡萄糖代谢速率的降低可能是由于ATK2(一种重要的胰岛素信号蛋白)活性的降低导致非氧化葡萄糖处理速率的降低。

最后，采用LC/MS/MS技术对胰岛素刺激前后肌肉活检组织中丙酮酸脱氢酶和柠檬酸合酶的通量进行评估。禁食后，两种酶的通量是相同的老年人还有年轻的受试者。这与间接量热法显示老年组呼吸商高于年轻组不同，说明老年组代谢率较低。然而，他们的肌肉特异性技术能够挑选出肌肉细胞。他们的研究表明，在禁食后，两组患者的丙酮酸脱氢酶到柠檬酸合酶的通量相似肌肉细胞．胰岛素刺激后，年轻人丙酮酸脱氢酶与柠檬酸合成酶的通量比增加了3倍主题而在老年人中，这一比率没有变化。

这些结果表明，在胰岛素刺激后，年轻组由脂质氧化转变为葡萄糖氧化，而老年组未发生这种转变。这表明肌肉中的胰岛素信号与衰老有关，这可能是导致2型糖尿病发病率升高的一个因素葡萄糖耐受不良在上了年纪的人。

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