Nature Metabolism | 一文读懂代谢领域最新名词

　　撰文 | 小甜点
责编 | 雪月

　　在当前的多学科背景下，随着代谢领域不断地发展和多样化，代谢术语也随之发展和扩展。Mary-Ellen Harper等作者在Nature Metabolism上发表了一篇题为Metabolic terminology: what’s in a name?的评论性文章，这篇文章评论了代谢术语的使用情况以及讨论了现有的术语如何指导代谢领域的未来研究。

　　最近的研究表明，从罕见的代谢性疾病到常见的一些复杂疾病（如糖尿病、肥胖症和癌症，以及心血管、免疫功能、炎症和神经退行性疾病），机体的新陈代谢有着重要的作用，特别是线粒体代谢。这些发展结果不仅增加了经典代谢术语的使用，而且产生了区分代谢特有概念的新术语。随着知识的更新，术语也在随之发展，但是，对代谢研究中的关键概念的理解仍是一个挑战。

　　术语对研究人员来说非常重要，尤其是在一些正在兴起的的研究领域（例如代谢）。根据教科书的定义，名词“新陈代谢”是指细胞和组织内的合成代谢和分解代谢过程。但是，在目前的使用中，该术语通常仅指食物来源的大量营养素的分解或机体的分解代谢，甚至指机体各系统能量消耗的多少。

　　代谢领域名词解释

　　“metabolic control”与“metabolic regulation”这两个基本术语的使用是具有差异的。现在，这两个术语经常被互换使用。严格的说，“metabolic regulation”是指不同细胞和组织间的激素调节机制，允许有机体在环境或自身营养条件的波动(例如，正常血糖水平的调节)的情况下，维持机体的代谢产物或代谢过程的动态平衡。相反，“metabolic control”指的是代谢途径的活动(或代谢物的水平)可以根据细胞内信号进行调节的机制。

　　除了随意使用经典的代谢术语的定义外，在最近的一些文献中发现了更多样化的代谢术语，如“metabolic flexibility”、“metabolic switching”、“metabolic poise”、“metabolic plasticity”、“metabolic reprogramming”、“metabolic rewiring”、“metabolic conditioning”、 “metabolic imprinting”，以及“causal metabolism”。在这些术语中，有许多都没有确切的定义或含义。这篇评论讨论了几个常用的术语。由于读者可能有不同的观点，希望这一评论能激发研究者进一步的思考。

　　“metabolic flexibility”和“metabolic switching”是指大多数细胞由于燃料供应或细胞代谢需求的变化而迅速(在几秒到几分钟内)调整到使用不同类型的能量底物的能力。最常见的是，“metabolic flexibility”用于描述细胞或组织在利用脂肪酸（人体大多数细胞在24小时内使用的主要燃料）和葡萄糖（大多数细胞的餐后燃料）之间转换的能力。因此，细胞和组织中的“metabolic flexibility” 允许有机体对营养素的可用性做出反应，以调节膳食和与膳食相关的激素。“metabolic inflexibility”，则是指在燃料来源之间转换的能力下降(在细胞水平上)或从禁食到进食状态(在全身水平上)的能力降低，是代谢疾病的一个标志，如胰岛素抵抗，它是2型糖尿病的先兆和预测。了解“metabolic flexibility”的分子机制无疑是更全面地理解代谢综合征及其相关疾病(如2型糖尿病和心血管疾病)的发病机制，不仅对基础生物学，而且对于更全面地理解代谢综合征和相关疾病具有重要意义。

　　“metabolic poise”，它通常用来描述特定细胞类型的典型氧化和糖酵解性质；例如，神经前体细胞具有高度的糖酵解作用，分化的神经元具有更高的氧化作用。许多癌细胞在“metabolic poise”上是指糖酵解(Warburg effect)途径，它们的线粒体参与生物合成和其他过程，而不是氧化磷酸化。此外，“metabolic plasticity”通常用于描述癌细胞代谢的术语，指的是癌细胞调节其代谢活动以满足其能量需求和生物合成需求的能力。

　　环境暴露，特别是大量营养素利用率的变化，会严重影响细胞的新陈代谢。如果持续暴露，就会发生能量代谢对慢性运动的适应，以满足组织的新陈代谢需求。例如，运动训练过程中的肌肉和冷适应过程中的棕色脂肪组织增加的能量需求可以增加线粒体的生物合成并促进氧化基因的表达。然而，如果这种暴露发生在胚胎时期或出生后的发育时期，即使在暴露停止后，也可以对机体各系统、组织和细胞代谢产生持续的影响。这个过程被称为“metabolic programming”。“metabolic programming”最初是由Barker和Hales在25年前提出的，用来描述产前暴露的持久影响。暴露对于整个生命早期发育过程来说，具有越来越重要的意义，现在，“metabolic programming”已经扩展到“developmental origins of health and disease (DOHAD) ”。环境暴露的影响机制尚未完全清楚，但环境暴露可能会影响发育轨迹，最终改变组织结构，功能或分化，或调节系统代谢的转录反应的表观遗传也会持续发生改变。

　　术语“metabolic programming”和“metabolic imprinting”通常被用于指代新陈代谢的过程，也可能用于其他研究领域，例如癌症表观遗传学和干细胞命运。但是，这两个术语之间存在重要的区别。“metabolic programming”是一个更笼统的术语，广泛地指代对机体后代以及细胞和细胞谱系中代谢特性的持续影响。“metabolic rewiring”与“metabolic programming”可以互换使用。这篇评论建议广泛使用“programming”和“rewiring”来指代细胞以及细胞和机体后代的代谢特征的持续变化（例如，表观遗传机制）。但是，避免使用术语“metabolic imprinting”，后者的描述起源于亲代的单等位基因表达，因为这种机制不仅会影响亲代的新陈代谢，还会影响许多后代的表型。

　　最后，这篇评论讨论的是最近新引入的一个术语“causal metabolism”，由Vamsi Mootha提出，用于描述遗传诱导的代谢变化在影响表型中的关键作用。应用系统生物学方法和先进的计算模拟模型，再加上新的遗传实验工具，无疑是对疾病发病机理的代谢机制进行更具体的测试。

　　随着机体各系统和细胞的代谢方向的研究进展迅速，越来越多定义不准确甚至令人困惑的术语困扰着科研工作者。现在，当使用“metabolism”或“metabolic”一词时，还需要使用其他限定词来传达最确切的含义，例如氧化代谢，合成代谢，细胞器特异性、组织特异性以及疾病特异性代谢。代谢在所有生物系统以及传统代谢疾病的病理学中的关键作用将有助于促进对特定代谢术语的概念和机制的理解。