《Nature Neuroscience》大脑中的能量储备

哺乳动物的大脑以三磷酸腺苷(ATP)的形式消耗大量的能量。这是细胞用来传递能量的分子，最终为几个生物过程提供燃料。

与其他含有脂肪细胞的器官不同，中枢神经系统(CNS)中的神经元和其他细胞到目前为止还不知道具有明显的局部能量储备。虽然星形胶质细胞可以利用储存的糖原在低血糖的情况下暂时保护神经元，但已经发现长期持续缺乏葡萄糖会导致神经退行性变。

德国马克斯普朗克多学科研究所和世界各地其他研究所的研究人员最近进行了一项研究，调查神经胶质脂肪酸代谢对能量储存的贡献，这些能量也可以被中枢神经系统的其他细胞使用。

他们的研究结果发表在《Nature Neuroscience》杂志上，表明少突胶质脂质代谢可以作为能量储备，帮助克服葡萄糖剥夺和相关的神经变性。

“我们最近的论文背后的主要动机是一个非常投机的想法，即髓磷脂可能已经进化成一种高度专业化的脂质储存，”该论文的监督作者Klaus-Armin Nave说。“我们提出，在进化过程中，髓磷脂的出现与轴突相关神经胶质细胞中脂滴的丢失相吻合。雨果·贝伦(Hugo Bellen)在突变果蝇身上证明，过量的糖酵解产物会在轴突中转化为脂肪酸，这些脂肪酸会被运送回包裹胶质细胞，并以脂滴的形式储存起来。”

根据Bellen和其他研究人员先前收集的发现，Nave和他的同事们假设髓磷脂，一种在脊椎动物中枢神经系统中包裹轴突(即神经纤维)的保护性脂肪层，可能随着神经胶质学会将储存的脂质和特定蛋白质“包装”成可以包裹轴突的膜而进化。因此，髓磷脂可能不仅促进了细胞间的信号传递，还保留了其原有的能量储备作用。

“我们首先进行了简单的离体实验，分离成年小鼠的视神经并将其培养，”Nave解释说。

在培养基中有无葡萄糖的情况下，对其胶质细胞群的存活率进行了测量。少突胶质细胞能很好地耐受葡萄糖的缺乏，但前提是它们能从髓磷脂中降解脂肪酸，并通过氧化线粒体中的分解产物产生ATP。”

在进行进一步的实验时，研究人员发现，脂质少突胶质细胞产生的能量也可以支持视神经中有髓鞘轴突的电尖峰活动。利用细胞特异性小鼠突变体，他们发现少突胶质过氧化物酶体，即在少突胶质细胞和髓鞘中发现的小细胞器，也在脂肪酸的周转中发挥作用。

Nave说:“当条件小鼠突变体缺乏来自成年少突胶质细胞的葡萄糖转运蛋白时，这些细胞在体内被‘饥饿’了。然而，这是可以容忍的，因为这些髓鞘细胞可以立即获得脂肪酸，因为正常的髓鞘脂质周转仍在继续。然而，当通过电子显微镜分析时，这些小鼠逐渐失去髓磷脂膜。”

Nave和他的同事们收集的研究结果表明，成年哺乳动物的髓鞘大脑可能拥有大量的能量储备，可以帮助短暂地弥补能量短缺。这些发现可能对研究与饥饿导致的脑白质损失相关的疾病(如神经性厌食症)具有重要意义。

Nave补充说:“神经退行性疾病与髓磷脂逐渐丧失有关，也可能反映了髓鞘代谢脂肪酸的机制。我们现在需要确定髓磷脂衍生脂肪酸的代谢能量究竟是如何到达其他神经胶质细胞和轴突室的，所有这些细胞似乎都受益于脱髓鞘。我们推测它可能是非常短的脂肪酸或酮体。”