大脑研究问道:所有的葡萄糖去哪里?

人类的大脑有一个甜食,烧穿身体近四分之一的糖的能量,或葡萄糖,每一天。现在,研究人员在格莱斯顿学院和加州大学旧金山分校做了新的阐述如何(细胞发送电信号通过brain-consume和代谢葡萄糖,葡萄糖以及这些细胞如何适应短缺。

以前,科学家们怀疑的大脑使用的葡萄糖代谢的其他大脑神经胶质细胞,它支持神经元的活动。

“我们已经知道,大脑需要大量的葡萄糖,但一直不清楚多少神经元自己依靠葡萄糖和他们用了什么方法来分解糖,”说肯中村,医学博士,格莱斯顿的助理研究员和高级的作者新研究发表在《华尔街日报》细胞的报道。“现在,我们有一个更好的理解的基本燃料,使神经元运行。”

过去的研究证实大脑吸收的葡萄糖减少在早期阶段的神经退行性疾病如阿尔茨海默氏症和帕金森氏症。发现的新发现可能导致治疗这些疾病的新方法,为更好的理解如何保持大脑的健康,因为它的年龄。

简单的糖

许多我们所吃的食物分解成葡萄糖,它是储存在肝脏和肌肉,穿梭在整个身体,并通过细胞代谢能力的化学反应,使我们的生命。

科学家们一直在争论葡萄糖在大脑中发生了什么,和许多表明,神经元本身不代谢糖。他们提出,胶质细胞葡萄糖消耗的大部分然后燃料神经元间接地通过一种葡萄糖代谢产物乳酸。然而,证据支持这个理论已经少一部分因为有多难科学家产生文化的神经元在实验室中也不包含胶质细胞。

中村集团解决了这个问题通过诱导多能干细胞(iPS细胞)产生纯人类神经元。IPS细胞技术允许科学家的成年细胞从血液或皮肤样本收集到任何细胞在体内。

然后,研究人员混合的神经元标记的葡萄糖,他们可以跟踪形式,即使它被分解。这个实验表明,神经元本身能够吸收的葡萄糖和加工成更小的代谢物。

来确定神经元是如何使用的产品代谢葡萄糖,团队将两个关键蛋白质从细胞利用CRISPR基因编辑。进口葡萄糖,蛋白质使神经元之一,另一个是所需的糖酵解,通常细胞代谢葡萄糖的主要途径。删除这两种蛋白质停止葡萄糖的分解在孤立的人类神经元。

“这是最直接和最清晰的证据,神经元通过糖酵解代谢葡萄糖,他们需要这个燃料来维持正常的能量水平,“中村说,他也是一个在加州大学旧金山分校的神经学部门副教授。

加油学习和记忆

中村集团下变成了老鼠研究活体动物的神经元葡萄糖代谢的重要性。他们改造动物的大脑——但不是其他神经元细胞类型缺乏葡萄糖进口所需的蛋白质和糖酵解。因此,小鼠随着年龄增长,发达国家严重的学习和记忆问题。

这不仅表明,神经元代谢葡萄糖的能力,而且还依靠糖酵解正常运作,中村解释道。

“有趣的是,一些受损的糖酵解的赤字在老鼠身上我们看到了男性和女性之间的变化,”他补充道。“还需要更多的研究来理解这是为什么。”

Myriam m . Chaumeil博士加州大学旧金山分校副教授和共同通讯作者的新工作,一直在开发专门的神经影像学方法,基于新技术称为超极化碳13,揭示某些分子产品的水平。她组织的成像显示了老鼠大脑的改变当糖酵解代谢受阻的神经元。

“这样的神经影像学方法提供前所未有的信息对大脑的新陈代谢,“Chaumeil说。“代谢成像的承诺通知基本生物学和提高临床护理是巨大的;很多还有待探讨。”

成像结果证明了活体动物的神经细胞通过糖酵解代谢葡萄糖。他们还显示Chaumeil潜在的成像方法研究葡萄糖代谢的变化人类疾病如阿尔茨海默氏症和帕金森氏症。

最后,中村和他的合作者对神经元如何适应当他们无法得到能量通过glycolysis-as可能在某些脑部疾病。

结果神经元使用其他能源,如半乳糖糖分子有关。然而,研究人员发现,半乳糖不像葡萄糖和高效的能源,它不可能完全弥补损失的葡萄糖代谢。

“我们的研究为更好的进行了解葡萄糖代谢变化和导致疾病,“中村说。

他的实验室正在计划未来的研究对神经元葡萄糖代谢变化与神经退行性疾病与Chaumeil的团队合作,和能源为基础的治疗方法如何目标大脑增强神经功能。

参考:李H, Guglielmetti C, Sei YJ, et al .神经元需要葡萄糖的吸收和糖酵解体内。细胞代表。2023年,42 (4)。doi:10.1016 / j.celrep.2023.112335

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