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肥胖、糖尿病、心血管和肝臟疾病在內(nèi)的慢性代謝疾病是全球最大的公共衛(wèi)生問題。  研究發(fā)現(xiàn)的基本調(diào)節(jié)機(jī)制可用于評估個體對肥胖等疾病狀態(tài)的易感性或抵抗力，并確定飲食、營養(yǎng)或禁食等哪些步驟將減少、消除或加劇這些狀態(tài)，我們可以想象一系列針對分子結(jié)構(gòu)的全新治療策略，類似于修復(fù)受損建筑物或防止其惡化。

根據(jù)哈佛 TH Chan 公共衛(wèi)生學(xué)院研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一項研究，細(xì)胞利用其分子結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)其代謝功能，將患病細(xì)胞的結(jié)構(gòu)修復(fù)到更健康的狀態(tài)也可以修復(fù)新陳代謝。該研究于 2022 年 3 月 9 日在線發(fā)表在知名《Nature》雜志上。

研究人員對肥胖小鼠的樣本進(jìn)行了比較 脂肪肝 ，使用多個計算平臺（人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）以及使用增強(qiáng)型聚焦離子束掃描電子顯微鏡的高分辨率成像，Parlakgül、Arruda 和霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所的同事生成了三維重建細(xì)胞內(nèi)的特殊結(jié)構(gòu)，稱為細(xì)胞器，并對來自瘦和肥胖樣本的細(xì)胞器結(jié)構(gòu)和肝細(xì)胞組織進(jìn)行了比較分析。 通過這些分析，研究小組確定肥胖會導(dǎo)致亞細(xì)胞分子結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變化，特別是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng) (ER) 中，這是一種參與蛋白質(zhì)和脂質(zhì)產(chǎn)生和形成的細(xì)胞器。

然后，該團(tuán)隊使用可以修復(fù)可以重塑細(xì)胞膜的分子和蛋白質(zhì)的技術(shù)部分恢復(fù)了 ER 的結(jié)構(gòu)，這也修復(fù)了細(xì)胞的新陳代謝。  恢復(fù)的細(xì)胞看起來正常，脂質(zhì)和葡萄糖代謝得到更好的控制，并且保持無壓力并且對刺激更敏感。

“結(jié)果非常驚人——當(dāng)結(jié)構(gòu)得到修復(fù)時，細(xì)胞的新陳代謝也會得到修復(fù)，”Arruda 說。“我們在這里描述的是一種通過調(diào)節(jié)分子結(jié)構(gòu)來控制新陳代謝的全新方法，這對健康和疾病至關(guān)重要。”

這項研究產(chǎn)生的圖像也是迄今為止最詳細(xì)的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)可視化，而細(xì)胞在其組織環(huán)境中仍然完好無損。  其他研究人員之前也創(chuàng)造了類似的成像，但主要是在單細(xì)胞或培養(yǎng)物中。

高分辨率成像和基于深度學(xué)習(xí)的分析幫助我們看到細(xì)胞內(nèi)環(huán)境和細(xì)胞器結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)是代謝適應(yīng)的關(guān)鍵組成部分。針對這種調(diào)節(jié)可能會為治療糖尿病和脂肪肝等代謝疾病提供治療機(jī)會疾病。