大脑葡萄糖代谢研究获重要进展

2010-11-09 09:32 来源: 中国科学院
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  在大脑中,葡萄糖通过不同的新陈代谢途径起作用从而产生能量——这是它在大脑中最重要的功能,但葡萄糖同时也可以通过其他几种关键的调节(例如,细胞凋亡)、保护(即对抗活性氧自由基)以及合成代谢(例如,蛋白质和脂质合成)途径来起作用。产生能量的最有效的途径与氧化磷酸化有关,但是葡萄糖也能够迅速和高效地向离子交换膜法直接输送能量,例如离子泵。当葡萄糖在完成这些功能时起作用且不依赖氧化磷酸化时,它传统上被称为有氧糖酵解。有氧糖酵解在大脑中的研究一直相对匮乏,但是在两项最新的研究中,美国圣路易斯市华盛顿大学的S. Neil Vaishnavi、Marcus E. Raichle和同事发现,这一过程在休眠的大脑中存在区域差异,同时高水平的有氧糖酵解可能与后来的β淀粉样沉积(也就是斑)有关。

  在第一项研究中,研究人员利用正电子发射断层显像(PET)技术在年轻成人体内测量了氧和葡萄糖的新陈代谢速度。他们在前额皮质、外侧顶叶皮质、楔前叶和后扣带回皮质、颞侧皮质、回直肌和尾状核中发现了高速的有氧糖酵解。这些区域对应的区域包括“默认模式网络”——当个体清醒但并未从事一项工作时最活跃的一组区域——和认知控制网络。小脑和颞下回,包括海马,则表现出了较低的有氧糖酵解速度。

  β淀粉样斑被发现于阿尔茨海默氏症早期的默认模式网络区域中。在第二项研究中,Raichle和同事因此调查了在这些区域中对有氧糖酵解的依赖是否与β淀粉样沉积有关。他们利用PET评估了阿尔茨海默氏症患者与已知蛋白质水平升高的认知正常的人的β淀粉样沉积,并将由此得到的大脑图像与来自第一项研究的有氧糖酵解水平空间分布图进行了比较。研究人员将大脑图像分割为167个无重叠的立方体,在第二项研究中,研究人员在几个感兴趣的区域选择了60个小的球面区域。他们评估了每一个立方体和球面的β淀粉样与有氧糖酵解的水平。两种方法都显示了β淀粉样和有氧糖酵解水平之间的一个显著的空间关联,并且与β淀粉样水平升高的认知正常的人相比,这种关联在阿尔茨海默氏症患者中更加强烈。这两项研究均于日前发表在美国《国家科学院院刊》上。

  现在还不知道观测区域的有氧糖酵解变化背后的基础是什么,但是研究人员提出,它们或许同突触传递过程,合成代谢反应和/或氧化还原状态调节的能量需求的区域差别有关。正如一些依赖葡萄糖的突触传递过程以及氧化压力已知能够被阿尔茨海默氏症所破坏,这些发现表明,对有氧糖酵解的依赖可能会使一个大脑区域易受阿尔茨海默氏症致病过程的侵袭。研究人员还指出,有氧糖酵解具有作为一种早期诊断疾病的生物标记的潜力。