新知识！葡萄糖不是大脑唯一的糖原！
肯塔基大学(University of Kentucky)的科学家和同事们利用成像技术研究大脑代谢，以确定大脑中必要的糖储备。
研究小组发现，葡萄糖并不是大脑糖原中唯一含有的糖。脑糖原也含有葡萄糖胺。这项研究发表在《Cell Metabolism》杂志上。
“糖基化缺陷是许多神经系统疾病的标志。然而，这种病理的分子和代谢基础尚不完全了解。在这项研究中，我们发现大脑中的N-连接蛋白糖基化通过糖原分解代谢为葡萄糖胺代谢。我们发现，氨基葡萄糖是大脑糖原的丰富组成部分，它是多种糖缀合物的氨基葡萄糖储存库。”
“我们通过生物化学和结构方法，在原代星形胶质细胞中，以及通过同位素示踪和质谱在体内，证明了葡萄糖胺通过糖原合成酶被酶掺入糖原，并通过糖原磷酸化酶释放。使用两种糖原储存疾病的小鼠模型，我们发现脑糖原代谢的中断导致UDP-N-乙酰氨基葡萄糖和N-连接蛋白糖基化的自由池的整体减少。
“这些发现揭示了脑糖原在蛋白质糖基化中的基本生物学作用，与多种人类中枢神经系统疾病直接相关。”
一些形式的氨基葡萄糖，如氨基葡萄糖硫酸盐和氨基葡萄糖盐酸盐，是改善关节运动的常用补充。然而，在细胞内，葡萄糖胺是一种必需的糖，它是在一个叫做糖基化的过程中连接到蛋白质上的复杂碳水化合物链所需要的。这些糖链修饰蛋白质，糖修饰对无数蛋白质的适当功能至关重要。
对神经系统疾病的关键洞察
研究人员称，发现葡萄糖胺是脑糖原的主要成分，为研究由异常的糖原样细胞聚集体聚多糖体（PGBs）引起的神经系统疾病提供了关键的线索。Lafora病是由PGBs引起的一种罕见的遗传性儿童痴呆症，本研究表明Lafora病PGBs能螯合氨基葡萄糖，导致许多细胞紊乱。随着年龄的增长和患有其他形式痴呆症的人，前列腺素B也会在大脑中积累。
因此，肯塔基大学医学院马基癌症中心的神经科学助理教授Ramon Sun博士指出，糖原也是葡萄糖胺的储藏库这一发现对理解与衰老相关的神经系统变化具有广泛的意义。
利用生化方法，研究人员测定了小鼠肌肉、肝脏和大脑中糖原的糖组成。与肌糖原只有1%的葡萄糖胺和肝糖原只有不到1%的葡萄糖胺不同，脑糖原含有25%的葡萄糖胺。脑糖原由25%的葡萄糖胺组成的发现是惊人的。
在做出这一令人惊讶的发现后，他们鉴定出负责将葡萄糖胺结合到糖原和从糖原释放葡萄糖胺的酶。同样，这一发现出乎意料，因为这些酶是用来将葡萄糖结合到糖原中并从糖原中释放葡萄糖的酶。
为了了解他们的发现对Lafora疾病和PGBs引起的神经问题的意义，研究人员利用他们最新开发的被称为基质辅助激光解吸/电离行波离子迁移率高分辨质谱（MALDI-TW-IMS）的技术来测量和可视化大脑不同区域的糖原含量。他们还利用这项技术量化了大脑多个区域蛋白质上糖装饰的特定模式的变化。
研究小组应用MALDI-TW-IMS分析了健康小鼠和两种不同的糖原贮积病小鼠模型的大脑：Lafora病模型和Ⅲ型葡萄糖贮积病（GSD）模型。
“这项新技术使我们能够高精度地量化这些糖的含量，同时还可以保持大脑中糖的空间分布。至关重要的是，大脑中有正确的糖在大脑的正确位置。”
这些研究表明，如果没有适当调节脑糖原代谢的能力，不仅会形成PGBs，从而干扰细胞代谢，而且蛋白质的糖装饰也会发生改变。他们可以通过将抗体-酶融合物（VAL-0417）注射到Lafora病小鼠的大脑中以降解PGBs来恢复蛋白-糖修饰。
肯塔基大学医学院分子和细胞生物化学教授Matthew Gentry博士指出，这项发现显示了糖原储存异常和大脑蛋白质功能缺陷之间的直接联系，对许多其他糖原代谢紊乱和先天性糖基化障碍也有影响，这些疾病会导致严重的神经症状，包括癫痫和痴呆。
“多种神经系统疾病都阻断了这些代谢途径。我相信这些途径在其他神经中枢疾病中也很重要。脑糖原由葡萄糖和葡萄糖胺组成，为了保持健康，脑代谢必须平衡两者，”Gentry解释说。
