研究启示了大脑的力量来源

新研究发表在《华尔街日报》自然通讯代表了一种潜在的根本性转变我们了解大脑中神经细胞的生成所需要的能量函数。研究显示神经元比此前认为的更加独立,这对一系列神经系统疾病研究的影响。

“这些发现表明,我们需要重新思考我们观察大脑的新陈代谢,“Maiken Nedergaard说,医学博士,D.M.Sc。罗彻斯特大学的主任转化神经医学中心和该研究的第一作者。“神经元,而不是大脑的支持细胞,是葡萄糖的主要消费者,这消耗量与大脑活动。”

大脑需要大量的能量来完成其工作。虽然只占体重的2%的平均成年人类,大脑消耗了身体估计有20%的能源供应。因此,确切地瓦解大脑的细胞——具体来说,神经元-发电有着重要的意义不仅基础生物学的理解,而且对神经系统疾病的可能与太少,或太多,大脑的新陈代谢。

我们的消化系统将在食物中碳水化合物转化为葡萄糖,糖分子,是人体主要的能量来源,然后通过血液系统输送到全身。一旦进入细胞,线粒体,作为小细胞发电厂,把这些糖和氧气产生能量。

大脑与身体的其他部位,保持自己独特的生态系统。科学家们一直认为,一个支持细胞在大脑中发现,星形胶质细胞,起到了中介作用为神经元提供能量。这个理论被称为乳酸航天飞机的假设。

科学家们推测,葡萄糖的星形胶质细胞是大脑的主要消费者,像一个鸟妈妈,帮助小鸡消化食物,这些细胞的分子转化为另一个导数(乳酸)之前传递神经元。乳酸是一种糖分子这是由线粒体作为燃料使用。

“乳酸航天飞机的问题假设是,通过外包乳酸生产星形胶质细胞,它将神经元在一个危险的位置,”内德戈德说。“为什么神经元细胞类型,对我们的生存,最重要的是取决于它的另一个细胞能源供应?”

进行新的研究,在小鼠和人类大脑细胞,可能是由于新的名为2-photon显微成像技术,使科学家能够实时观察大脑的活动。

使用葡萄糖模拟,研究人员发现,这是神经元和星形胶质细胞,在大脑中直接占用更多的葡萄糖。他们还发现,当刺激和更活跃,神经元增加葡萄糖的消耗,当小鼠麻醉,减少神经元葡萄糖的吸收。另一方面,葡萄糖的吸收由星形胶质细胞保持相对恒定的不管大脑的活动。

在细胞水平上,研究人员发现神经元在做他们自己的工作将葡萄糖转化为乳酸,乳酸酶,在创造中发挥着关键作用,称为己糖激酶,存在于大量的神经元与星形胶质细胞。

这些发现对理解许多疾病有着重要的意义。乳酸的生产过剩会导致乳酸酸中毒,可损害神经细胞并导致混乱,精神错乱、癫痫发作。在中风、乳酸堆积造成脑组织的损失,而且会影响经济复苏。神经元代谢也扮演着重要的角色在老年痴呆症和其他神经退行性疾病等条件。

最近的研究表明,抑制乳酸细胞之间的运输可以减少小鼠癫痫活动。然而,这之前的工作假设乳酸是由星形胶质细胞和神经元是被动的旁观者。这项新研究表明带来质疑这些假设神经元消费葡萄糖直接和不依赖于星形乳酸的生产和交付。

“理解的精确和复杂的生物学机制大脑在疾病研究中关键的第一步,”内德戈德说。“任何误解的生物功能,如新陈代谢——最终将影响科学家如何形成假设和分析他们的发现。如果我们希望在错误的地方,我们无法找到正确的答案。”

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