小脑中的细胞拥有不同的代谢需求

2018-11-02 绿谷生物 科技部
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 近日,来自美国的研究人员发现,大脑中细胞的代谢需求并不一致。“敲除”一种调节线粒体的酶会使小鼠的小脑发育比其他大脑区域更加受到抑制。这项研究结果近日发表在Science Advances上。

研究通讯作者、埃默里大学医学院Winship癌症研究所的Cheng-Kui Qu博士说:“这项发现对于我们理解小脑发育障碍、退行性疾病,甚至是癌症背后的分子机制具有非常大的帮助。”

小脑长期以来一直被认为与平衡感和复杂的运动机能相关。最近的研究表明,小脑对于决策制定和情绪也非常重要。对于人类而言,在出生后的第一年中,小脑比其他大脑区域发育得更快,而且直到8岁才会发育完全。儿童最常见的恶性脑部肿瘤——成神经管细胞瘤,也发生在小脑中。

Qu及其同事一直在研究一种名为PTPMT1的酶,PTPMT1控制丙酮酸向线粒体的流入,而丙酮酸是碳水化合物产生的能量来源。研究人员将丙酮酸描述为出生后小脑发育的“主要能源”。

细胞可以通过线粒体高效分解糖分来获取能量,也可以从糖酵解的过程中更浪费地获得能量。删除PTPMT1可以帮助我们深入了解哪些细胞对线粒体代谢问题更加敏感。各种各样的线粒体疾病会影响身体的不同部位,但是大脑对糖的需求量尤其大,它永不会停止代谢。当一个人处于休息状态时,大脑会消耗掉身体四分之一的血糖,而成年人的大脑只消耗人体体重的2%。

研究人员创造了在神经细胞中缺失PTPMT1基因的小鼠,排除了大脑中的非神经元细胞以及身体的其他部分。他们只在成年小鼠的大脑中或小脑的特定部位中删除了PTPMT1基因。

Qu的团队惊讶地发现,丙酮酸对于神经前体/干细胞至关重要,正是这些细胞中的缺陷导致缺少PTPMT1小鼠的小脑发育被完全抑制。相反,快速增殖的颗粒细胞是在小脑中发现的一种特别小的细胞类型,不会受到缺少PTPMT1的影响。颗粒细胞占到了大脑中所有细胞的80%,尽管小脑从体积上看只占大脑的很小一部分。

Qu说:“这种区别代表了我们对小脑发育过程中各种细胞类型的代谢调节理解的范式转变。神经前体/干细胞似乎比祖细胞和成熟细胞更依赖于有效的葡萄糖线粒体代谢。”