温馨提示，我们组建了论文统计免费答疑群和提供论文统计代做服务，如有需要可扫文末微信添加，具体答疑展示请点击查看：论文统计指导服务，真免费，永久免费，超靠谱，快来加入吧；统计代做展示可点击查看：论文统计代做服务，真优惠，真靠谱!。
牛磺酸是一种条件性必需微量元素，也是人体中最丰富的氨基酸之一。在内源性牛磺酸代谢中，特定的酶参与从半胱氨酸合成牛磺酸的过程，以及牛磺酸次级代谢产物的下游代谢。牛磺酸的一种代谢产物是N-乙酰牛磺酸。N-乙酰牛磺酸的含量受到改变牛磺酸或乙酸盐通量的刺激的动态调节，这些刺激包括耐力运动、膳食牛磺酸补充和酒精摄入。
2024年8月7日，斯坦福大学Jonathan Z. Long 团队（魏伟博士为第一作者） Nature 发表了题为 “PTER is a N-acetyltaurine hydrolase that regulates feeding and obesity“ 的研究论文。研究表明，与体重指数相关的孤儿酶——磷酸三酯酶相关酶（PTER）是一种生理性的N-乙酰牛磺酸水解酶。该研究揭示了PTER和N-乙酰牛磺酸在体重控制和能量平衡中的作用。
牛磺酸是一种条件性必需微量元素，也是哺乳动物组织和许多食物中富含的氨基磺酸。牛磺酸的含量在心脏、眼睛、大脑和肌肉等兴奋性组织中尤其高。牛磺酸已被描述具有多种细胞和生理功能，特别是在代谢稳态的背景下。组织牛磺酸水平的遗传降低会导致肌肉萎缩运动能力下降以及多个组织的线粒体功能障碍。相反，牛磺酸补充已被报道可减少线粒体氧化还原应激、增强运动表现并抑制体重。
牛磺酸代谢的生物化学和酶学已引起相当的研究兴趣。在内源性牛磺酸生物合成途径中，半胱氨酸通过半胱氨酸双加氧酶（CDO）和半胱氨酸亚磺酸脱羧酶（CSAD）代谢生成次牛磺酸，随后被含黄素单加氧酶1（FMO1）氧化生成牛磺酸。此外，半胱氨酸还可以通过胱胺和胱胺双加氧酶（ADO）的替代途径生成次牛磺酸。牛磺酸本身下游存在多种次级代谢产物，包括牛磺胆酸、牛磺胞胺和N-乙酰牛磺酸。目前已知唯一催化这些下游途径之一的酶是BAAT，它将牛磺酸与胆汁酰基辅酶A结合生成牛磺胆酸和其他胆汁盐。除了BAAT之外，介导次级牛磺酸代谢的其他酶的分子身份尚未确定。
N-乙酰牛磺酸是一种特别有趣但研究较少的牛磺酸次级代谢产物。生物体液中N-乙酰牛磺酸的含量受到多种增加牛磺酸和/或乙酸盐通量的生理扰动的动态调节，包括耐力运动、酒精摄入和膳食牛磺酸补充。此外，N-乙酰牛磺酸在化学结构上与包括神经递质乙酰胆碱和糖调节长链N-脂肪酸牛磺酸在内的信号分子相似，这表明它也可能作为信号代谢产物发挥作用。然而，N-乙酰牛磺酸的生物合成、降解和潜在功能仍不清楚。
为了确定调节N-乙酰牛磺酸的酶（或酶类），研究人员采用体外酶活性导向法从小鼠组织中检测和纯化N-乙酰牛磺酸水解活性产物。然后将这些蛋白质按Byonic P值排序的，该值衡量了随机识别蛋白质的可能性。该列表中排名最高的酶是酯酶EST2C（也称为CES2C；）、肽酶/合成酶CNDP2和PTER，后者是一种具有未知酶活性或功能的假定金属依赖性水解酶。研究人员将这三种酶的cDNA分别转染到HEK293T细胞中。与转染GFP的对照细胞裂解物相比，转染PTER而非EST2C或CNDP2的细胞裂解物表现出更高的N-乙酰牛磺酸水解活性。与对照细胞相比，在PTER被敲除的HEK293T细胞中，这种水解活性完全丧失。研究人员得出结论，PTER的过表达足以使细胞裂解物获得N-乙酰牛磺酸水解活性。此外，PTER对于HEK293T细胞中的内源性N-乙酰牛磺酸水解活性是必需的。
【通过活性导向分馏法，确认PTER为N-乙酰牛磺酸水解酶】
为了研究PTER的酶学特性，研究人员通过细菌中的异源表达产生了纯化的重组小鼠PTER，并使用N-乙酰牛磺酸作为底物来确定其酶活性。结果显示在潜在底物的扫描中，当使用N-乙酰牛磺酸时，PTER的活性最高。为了确定对PTER酶活性重要的活性位点残基，研究人员将N-乙酰牛磺酸对接到AlphaFold建模的PTER结构中，在模拟的活性位点中，研究人员确定了可能与N-乙酰牛磺酸相互作用的残基、金属阳离子以及底物附近的其他活性位点残基。共产生了15种单点突变的细菌重组小鼠PTER蛋白，并在体外检测了它们的N-乙酰牛磺酸水解活性。最后得出结论，PTER在体外是一种N-乙酰牛磺酸特异性水解酶。
【体外重组小鼠PTER的酶学与诱变研究】
为了确定PTER在体内潜在的生理相关性，研究人员获得了Pter基因敲除（KO）小鼠。Pter KO小鼠以预期的孟德尔比例出生，在笼内行为上表现正常。使用抗PTER抗体，研究人员在野生型（WT）小鼠的肝脏和肾脏组织中检测到了最高的PTER蛋白水平，这与最初在这些组织中检测到高N-乙酰牛磺酸水解活性的组织相同。在Pter KO小鼠的这两个组织中，研究人员观察到了PTER蛋白的完全缺失以及N-乙酰牛磺酸水解活性的同时丧失。为了确定Pter基因缺陷是否会影响内源性N-乙酰牛磺酸的水平，研究人员开发了一种针对该代谢产物的液相色谱-质谱（LC-MS）靶向检测方法。使用这种方法，观察到了Pter KO组织中N-乙酰牛磺酸水平增加，增加幅度从脾脏中的两倍到血液中的十倍不等。由此得出结论，PTER是体内生理性的N-乙酰牛磺酸水解酶。
【全球Pter基因敲除小鼠的生化特征研究】
为了验证先前关于牛磺酸补充对能量平衡和代谢影响的文献表明PTER途径可能参与体重调节的预测，研究人员首先将一组雄性Pter基因敲除小鼠和野生型同窝仔鼠置于高脂饮食中，并在8周内监测体重和食物摄入量。接下来研究人员使用代谢室测量了一组新的Pter基因敲除小鼠和野生型小鼠在体重出现差异之前的全身能量摄入和消耗参数，这些小鼠均被给予含牛磺酸的水。最终得出结论，Pter基因敲除小鼠的脂肪量、体重和食物摄入量减少是刺激依赖性的，特别是在同时给予致肥胖饮食和牛磺酸补充的条件下。研究数据还揭示了Pter基因座、牛磺酸水平和饮食之间复杂的基因-环境相互作用。
【Pter基因敲除小鼠的代谢表型】
由于N-乙酰牛磺酸在野生型小鼠和Pter基因敲除小鼠之间的积累是主要的代谢产物差异，研究人员试图确定单独给予N-乙酰牛磺酸是否足以再现Pter基因敲除小鼠能量平衡表型的某些方面。研究人员向饮食诱导的肥胖（DIO）小鼠腹腔注射N-乙酰牛磺酸（1-50 mg/kg/天）。在慢性每日给药后，接受N-乙酰牛磺酸治疗的DIO小鼠表现出剂量依赖性的体重（图5a）和食物摄入量减少。为了确定N-乙酰牛磺酸的作用是否需要完整的酰胺化结合物，研究人员将N-乙酰牛磺酸与相同剂量的单独乙酸或单独牛磺酸进行了直接比较（15 mg/kg/天）。接受N-乙酰牛磺酸治疗的小鼠表现出食物摄入量和体重减少，而接受单独乙酸或单独牛磺酸治疗的小鼠与接受载体治疗的小鼠无显著差异。结果表明，向野生型小鼠给予N-乙酰牛磺酸足以减少体重和食物摄入量。
为了更深入地了解N-乙酰牛磺酸如何控制摄食行为，研究团队使用抗PTER抗体通过蛋白质印迹法检测了不同脑区PTER的表达情况。结果显示，PTER在脑干中被检测到，但在下丘脑或大脑皮层中未检测到。研究人员还检测到脑干中存在PTER依赖性的水解活性，并且该区域N-乙酰牛磺酸的积累。尽管在所有检测的脑区中N-乙酰牛磺酸的含量均有所增加，但脑干中的变化最为显著。鉴于脑干特异性GDF15–GFRAL信号在摄食控制中的既定作用，研究者测试了N-乙酰牛磺酸的厌食和抗肥胖作用是否需要一个完整的GFRAL受体。最后得出结论，PTER在脑干中表达，且N-乙酰牛磺酸的完全厌食和抗肥胖作用需要功能性GFRAL受体。
【N-乙酰牛磺酸对小鼠的作用效果】
为了确定N-乙酰牛磺酸在脂肪组织中的直接和间接作用，研究人员研究了N-乙酰牛磺酸在体外分离的脂肪细胞中的影响以及在小鼠体内给药后的影响。结果表明，N-乙酰牛磺酸不直接调节脂肪细胞中的脂质代谢。在Pter基因敲除小鼠的附睾脂肪中，研究人员观察到脂质摄取和脂肪生成基因mRNA水平的复杂双向变化，并且激素敏感性脂肪酶（HSL）的磷酸化略有减少，这些可能都是由于N-乙酰牛磺酸处理小鼠食物摄入量减少而产生的次级效应。
最后，研究人员试图了解从牛磺酸生成N-乙酰牛磺酸的潜在途径。结果表明N-乙酰牛磺酸可以完整地穿过肠道屏障。研究数据提供了至少三种不同的途径，它们可以在体内促进N-乙酰牛磺酸的生成：反向PTER介导的合成、牛磺酸与乙酰辅酶A的非酶促缩合以及肠道微生物组。
综上所述，该研究表明，PTER催化N-乙酰牛磺酸水解为牛磺酸和乙酸盐，这一反应将PTER置于牛磺酸代谢中一个先前未被认识且至关重要的酶节点。研究还证明，在牛磺酸流量刺激下，Pter基因的遗传缺失或N-乙酰牛磺酸的药物治疗均可导致肥胖条件下食物摄入量、脂肪量和体重的减少。值得注意的是，至少在小鼠中，肥胖本身显示出一种微妙的PTER依赖性效应，这强调了Pter基因座、牛磺酸水平和饮食之间复杂的基因-环境相互作用。这些数据还表明，PTER基因座与人类BMI之间的遗传关联的机制基础可能涉及N-乙酰牛磺酸。未来，开发强效且选择性的PTER抑制剂可能使该生化途径成为治疗肥胖的药物靶点。