Nature最新研究：维持大脑能量的细胞机制有助于大脑健康和长寿

伦敦大学学院的科学家们在小鼠和细胞中进行了一项研究，发现了一种检测大脑何时需要额外能量来支持其活动的关键机制。

科学家们表示，他们发表在《自然》杂志上的研究结果，可能会为保持大脑健康和长寿提供新的疗法，因为其他研究发现，大脑能量代谢可能在晚年受到损害，并导致认知能力下降和神经退行性疾病的发展。

首席作者Alexander Gourine教授(伦敦大学学院神经科学、生理学和药理学)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，协调许多功能，执行复杂的任务，如控制运动、学习和形成记忆。”所有这些计算都是非常消耗能量的，需要不间断的营养和氧气供应。

“当我们的大脑更活跃时，比如当我们在执行一项耗费脑力的任务时，我们的大脑需要立即补充能量，但确保按需向大脑活跃区域供应代谢能量的确切机制尚不完全清楚。”

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着作用。星形胶质细胞，形状像星星，是一种胶质细胞，它是在中枢神经系统中发现的非神经元细胞。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自身的葡萄糖储存和代谢而开始行动，导致乳酸的产生和释放增加。乳酸补充了可供大脑神经元使用的能量池。

Gourine教授解释说:“在我们的研究中，我们已经弄清楚了星形胶质细胞是如何准确地监测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的化学能量。”

在使用小鼠模型和细胞样本进行的一系列实验中，研究人员在星形胶质细胞中发现了一组特定的受体，这些受体可以检测和监测神经元活动，并触发一种涉及腺苷基本分子的信号通路。研究人员发现，星形胶质细胞中腺苷激活的代谢信号通路与肌肉和肝脏中储存能量的途径完全相同，例如当我们运动时。

腺苷激活星形胶质细胞葡萄糖代谢和向神经元提供能量，确保突触功能(传递细胞间通信信号的神经递质)在能量需求高或能量供应减少的情况下继续快速运行。

研究人员发现，当他们在小鼠体内禁用关键的星形胶质细胞受体时，它的大脑活动就不那么有效了，包括大脑整体代谢、记忆和睡眠中断方面的显著损伤，从而证明他们发现的信号通路对学习、记忆和睡眠等过程至关重要。

第一和共同通讯作者Shefeeq Theparambil博士说:“这种机制的识别可能具有更广泛的意义，因为它可能是治疗大脑能量失调的脑部疾病的一种方法，比如神经变性和痴呆。”

Gourine教授补充说:“我们知道，随着年龄的增长，大脑的能量平衡会逐渐受损，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的易于药物治疗的目标和治疗机会，以保护大脑功能，保持认知健康，促进大脑寿命。”

研究人员得到了惠康基金会的支持，参与这项研究的科学家包括伦敦大学学院、兰开斯特大学、伦敦帝国理工学院、伦敦国王学院、伦敦玛丽女王大学、布里斯托尔大学、华威大学和科罗拉多大学。