科学家们发现，谷氨酰胺在红细胞生成（即红系祖细胞分化为成熟红细胞的过程）中扮演了一个出人意料的重要角色。早期，干细胞会分解谷氨酰胺以满足代谢需求，但在红细胞分化的后期，这一过程被逆转，细胞开始合成谷氨酰胺。
这一发现由美国圣犹达儿童研究医院的科学家揭示。他们指出，红细胞在生成过程中需要谷氨酰胺来吸收并解毒血红素合成的副产物——氨。研究表明，如果这种谷氨酰胺代谢的逆转过程无法正常进行，可能会导致如β-地中海贫血等血液疾病。
谷氨酰胺代谢的“开关”
这项研究的详细内容发表在《科学》杂志的一篇题为《支持红细胞生成的谷氨酰胺代谢开关》的文章中。研究人员发现，从分解谷氨酰胺到合成谷氨酰胺的转变是红细胞生成过程中不可或缺的一部分。
“红细胞生成需要一种特殊的代谢适应机制来解毒血红素合成和其他代谢过程产生的氨，”研究人员写道。“在β-地中海贫血中，由于氧化应激导致谷氨酰胺合成酶活性受损，从而引发谷氨酸和氨的积累。而通过增强谷氨酰胺合成酶的活性，可以改善这些代谢和病理缺陷。”
血红素与谷氨酰胺的联系
血红素是血红蛋白的主要成分，而红细胞的成熟离不开血红素的合成。然而，这一过程中会产生大量的氨。如果氨无法及时清除，会导致氧化应激并损害细胞功能。研究发现，红细胞会在分化后期启动谷氨酰胺合成酶，将氨与谷氨酸结合生成谷氨酰胺，从而实现氨的解毒作用。
研究团队通过系统地分析红细胞每个分化阶段的代谢变化，首次揭示了这一代谢逆转机制。“在分化早期，谷氨酰胺被分解以提供能量，”圣犹达病理学系的许健博士表示，“但在分化后期，谷氨酰胺合成酶的活性会显著提高，从而开始合成谷氨酰胺。”
治疗血液疾病的新启示
这一研究对于治疗红细胞疾病具有重要意义。例如，在β-地中海贫血中，谷氨酰胺代谢失调会导致谷氨酸和氨的积累，而增加谷氨酰胺合成酶活性可以缓解这一问题。此外，研究人员发现，现有治疗药物如Luspatercept可能通过改善谷氨酰胺代谢发挥作用。
谷氨酰胺补充剂在治疗镰状细胞贫血中的作用也得到进一步解释。研究表明，补充谷氨酰胺可能通过弥补谷氨酰胺合成酶的功能缺陷来改善红细胞功能。这一机制或许可以解释L-谷氨酰胺为何能缓解镰状细胞贫血的症状。
未来的研究方向
除了直接治疗血液疾病，谷氨酰胺代谢特征（如谷氨酰胺与谷氨酸的比例）还可能作为多种疾病的生物标志物，用于评估治疗效果或诊断疾病。“这一发现不仅丰富了我们对红细胞生成代谢的理解，也为开发针对红细胞疾病的新疗法提供了重要线索，”研究人员总结道。
这项研究不仅揭示了一种进化上保守的代谢适应机制，也为探索治疗β-地中海贫血、镰状细胞贫血等血液疾病的新途径提供了科学依据。
参考文献：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adh9215
编辑：王洪
排版：李丽
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