新研究：維持大腦能量的細(xì)胞機(jī)制有助于大腦健康和長壽

倫敦大學(xué)學(xué)院的科學(xué)家們?cè)谛∈蠛图?xì)胞中進(jìn)行了一項(xiàng)研究，發(fā)現(xiàn)了一種檢測(cè)大腦何時(shí)需要額外能量來支持其活動(dòng)的關(guān)鍵機(jī)制。

科學(xué)家們表示，他們發(fā)表在《自然》雜志上的研究結(jié)果，可能會(huì)為保持大腦健康和長壽提供新的療法，因?yàn)槠渌芯堪l(fā)現(xiàn)，大腦能量代謝可能在晚年受到損害，并導(dǎo)致認(rèn)知能力下降和神經(jīng)退行性疾病的發(fā)展。

首席作者Alexander Gourine教授(倫敦大學(xué)學(xué)院神經(jīng)科學(xué)、生理學(xué)和藥理學(xué))說:“我們的大腦由數(shù)十億個(gè)神經(jīng)細(xì)胞組成，這些細(xì)胞協(xié)同工作，協(xié)調(diào)許多功能，執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)，如控制運(yùn)動(dòng)、學(xué)習(xí)和形成記憶。”所有這些計(jì)算都是非常消耗能量的，需要不間斷的營養(yǎng)和氧氣供應(yīng)。

“當(dāng)我們的大腦更活躍時(shí)，比如當(dāng)我們?cè)趫?zhí)行一項(xiàng)耗費(fèi)腦力的任務(wù)時(shí)，我們的大腦需要立即補(bǔ)充能量，但確保按需向大腦活躍區(qū)域供應(yīng)代謝能量的確切機(jī)制尚不完全清楚。”

先前的研究表明，許多被稱為星形膠質(zhì)細(xì)胞的腦細(xì)胞似乎在為大腦神經(jīng)元提供所需能量方面發(fā)揮著作用。星形膠質(zhì)細(xì)胞，形狀像星星，是一種膠質(zhì)細(xì)胞，它是在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的非神經(jīng)元細(xì)胞。當(dāng)鄰近的神經(jīng)元需要增加能量供應(yīng)時(shí)，星形膠質(zhì)細(xì)胞通過迅速激活自身的葡萄糖儲(chǔ)存和代謝而開始行動(dòng)，導(dǎo)致乳酸的產(chǎn)生和釋放增加。乳酸補(bǔ)充了可供大腦神經(jīng)元使用的能量池。

Gourine教授解釋說:“在我們的研究中，我們已經(jīng)弄清楚了星形膠質(zhì)細(xì)胞是如何準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)鄰近神經(jīng)細(xì)胞的能量使用，并啟動(dòng)這一過程，向繁忙的大腦區(qū)域提供額外的化學(xué)能量。”

在使用小鼠模型和細(xì)胞樣本進(jìn)行的一系列實(shí)驗(yàn)中，研究人員在星形膠質(zhì)細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了一組特定的受體，這些受體可以檢測(cè)和監(jiān)測(cè)神經(jīng)元活動(dòng)，并觸發(fā)一種涉及腺苷基本分子的信號(hào)通路。研究人員發(fā)現(xiàn)，星形膠質(zhì)細(xì)胞中腺苷激活的代謝信號(hào)通路與肌肉和肝臟中儲(chǔ)存能量的途徑完全相同，例如當(dāng)我們運(yùn)動(dòng)時(shí)。

腺苷激活星形膠質(zhì)細(xì)胞葡萄糖代謝和向神經(jīng)元提供能量，確保突觸功能(傳遞細(xì)胞間通信信號(hào)的神經(jīng)遞質(zhì))在能量需求高或能量供應(yīng)減少的情況下繼續(xù)快速運(yùn)行。

研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)他們?cè)谛∈篌w內(nèi)禁用關(guān)鍵的星形膠質(zhì)細(xì)胞受體時(shí)，它的大腦活動(dòng)就不那么有效了，包括大腦整體代謝、記憶和睡眠中斷方面的顯著損傷，從而證明他們發(fā)現(xiàn)的信號(hào)通路對(duì)學(xué)習(xí)、記憶和睡眠等過程至關(guān)重要。

**和共同通訊作者Shefeeq Theparambil博士說:“這種機(jī)制的識(shí)別可能具有更廣泛的意義，因?yàn)樗赡苁侵委煷竽X能量失調(diào)的腦部疾病的一種方法，比如神經(jīng)變性和癡呆。”

Gourine教授補(bǔ)充說:“我們知道，隨著年齡的增長，大腦的能量平衡會(huì)逐漸受損，而在阿爾茨海默病等神經(jīng)退行性疾病的發(fā)展過程中，這一過程會(huì)加速。我們的研究確定了一個(gè)有吸引力的易于藥物治療的目標(biāo)和治療機(jī)會(huì)，以保護(hù)大腦功能，保持認(rèn)知健康，促進(jìn)大腦壽命。”

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