星形胶质细胞与大脑能量供应:《Nature》杂志新发现

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Via:Pixabay

作者 | Chris Lane
翻译 | 孙宁远
审校 | 酷炫脑
美工 | Jenny
编辑 | 加薪

新研究发现了一种关键机制,能够检测大脑何时需要额外的能量来支持其活动。


伦敦大学学院(UCL)科学家领导的一项针对小鼠和细胞的研究中,发现了一种关键机制,能够检测大脑何时需要额外的能量来支持其活动。

科学家们表示,他们的研究结果已发表在《自然》杂志上,这些发现可能为维持大脑健康和长寿的新疗法提供信息。其他研究发现,晚年大脑能量代谢可能会受损,导致认知能力下降和神经退行性疾病的发展。

主要作者、伦敦大学学院(UCL)神经科学、生理学与药理学教授亚历山大·古林(Alexander Gourine)说:“我们的大脑由数十亿个神经细胞组成,这些细胞协同工作,协调众多功能并执行诸如运动控制、学习和记忆形成等复杂任务。所有这些计算都非常耗能,需要机体不断供应养分和氧气。”

“当我们的大脑更加活跃时,例如在执行耗费脑力的任务时,大脑需要立即补充能量,但确保按需向大脑活跃区域提供代谢能量的具体机制尚未完全了解。”

先前的研究表明,许多被称为星形胶质细胞的脑细胞似乎在为大脑神经元提供所需能量方面发挥了作用。星形胶质细胞形状像星星,是一种存在于中枢神经系统的非神经元细胞。

当邻近的神经元需要增加能量供应时,星形胶质细胞通过迅速激活其自身的葡萄糖储备和代谢来行动,从而增加乳酸的产生和释放。乳酸补充了可供大脑神经元立即使用的能量池。

古林教授解释道:“在我们的研究中,我们已经弄清了星形胶质细胞如何精确监测其邻近神经细胞的能量使用,并启动这一过程,向繁忙的大脑区域提供额外化学能量。”

在使用小鼠模型和细胞样本进行的一系列实验中,研究人员发现了一组特定的星形胶质细胞受体,这些受体能够检测和监测神经元活动,并触发涉及一种名为腺苷的关键分子的信号通路。

研究人员发现,在星形胶质细胞中由腺苷激活的代谢信号通路,与在运动时募集肌肉和肝脏能量储备的通路完全相同。

腺苷激活星形胶质细胞的葡萄糖代谢并对神经元提供能量,以确保在高能量需求或能量供应减少的情况下,突触功能(神经递质在细胞间传递通信信号)能够继续高效进行。

研究人员发现,当他们在小鼠中关闭关键的星形胶质细胞受体时,这些小鼠的大脑活动变得不那么有效,包括大脑整体代谢受损、记忆和睡眠中断等显著损伤,从而证明他们发现的信号通路对于学习、记忆和睡眠等过程至关重要。

第一作者和共同通讯作者谢菲克·塞帕拉比尔博士(Shefeeq Theparambil)在伦敦大学学院开始这项研究,后转至兰卡斯特大学,他表示:“这一机制的发现可能具有更广泛的意义,因为它可能成为治疗大脑能量失调(如神经退行性疾病和痴呆症)等脑部疾病的方法。”

古林教授补充道:“我们知道,随着年龄的增长,大脑的能量稳态会逐渐受损,而在阿尔茨海默病等神经退行性疾病的发展过程中,这一过程会加速。”

“我们的研究确定了一个有吸引力且易于药物作用的靶点,并提供了一种恢复大脑能量的治疗机会,以保护大脑功能,维持认知健康,延长大脑寿命。”


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星形胶质细胞

  


参考文献(点击滑动查看)

1.Theparambil, S. M., Kopach, O., Braga, A., Nizari, S., Hosford, P. S., Sagi-Kiss, V., ... & Gourine, A. V. (2024). Adenosine signalling to astrocytes coordinates brain metabolism and function. Nature, 1-8.


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