补充能量有助于受损神经元修复

2020-03-04 绿谷生物 Cell Metabolism
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当脊髓受伤时,受损的神经纤维通常无法再生长,最终导致永久性功能丧失。此前已经有大量研究试图寻找促进损伤后轴突再生的方法。最近,在小鼠中进行的一项发表在《Cell Metabolism》杂志上的研究结果表明,这些受伤的脊髓神经内能量供应的增加可以帮助促进轴突再生并恢复某些运动功能。

文章作者,美国NIH高级首席研究员Zu-Hang Sheng博士说:“我们首次表明脊髓损伤导致能量危机的发生,这与受损的轴突再生能力有限有内在联系。”


像汽车发动机的汽油一样,人体细胞使用称为三磷酸腺苷(ATP)的化合物作为燃料。ATP中的大部分是由称为线粒体的细胞发电厂制造的。在脊髓神经中,线粒体常常沿着轴突分布。当轴突受伤时,附近的线粒体也经常受损,从而损害了受损神经中的ATP产生。

“神经修复需要大量的能量,”Sheng博士说。 “我们的假设是,损伤后对线粒体的损​​害严重限制了可用的ATP,而这种能量危机正是阻止受伤的轴突再生和修复的原因。”另一个问题是,在成年神经中,线粒体被固定在轴突内。这会迫使受损的线粒体保持原位,同时使其难以替换,从而加剧了受损轴突的局部能量危机。

研究者此前曾制造出一种缺乏线粒体转运蛋白Syntaphilin的遗传小鼠,该蛋白将线粒体束缚在轴突中。在些“基因敲除小鼠”中,线粒体可以自由地在整个轴突中移动。为了测试这中遗传操作是否对脊髓神经再生有影响,作者通过脊髓损伤模型进行了测试。


研究人员观察到,与对照动物相比,Syntaphilin基因敲除小鼠在整个损伤部位的轴突再生得到了更好的恢复。新近生长的轴突在受伤部位之外也建立了适当的连接。

当研究人员观察这种再生是否导致功能恢复时,他们发现小鼠前肢和手指的精细运动任务有一定改善。这表明增加线粒体运输,从而增加损伤部位的可用能量可能是修复受损神经纤维的关键。为了进一步测试能量危机模型,小鼠接受了肌酸,肌酸是一种增强ATP形成的生物能化合物。与饲喂盐水的小鼠相比,饲喂肌酸的对照小鼠和基因敲除小鼠在损伤后均显示轴突再生长。在获得肌酸的基因敲除小鼠中,神经再生能力更强。

“我们在基因敲除小鼠中看到的再生非常重要,这些发现支持了我们的假设,即能量缺乏阻碍了中枢神经系统和外周神经系统在受伤后的修复能力。”

原始出处:
Han Q. et al. "Restoring cellular energetics promotes axon regeneration and functional recovery after spinal cord injury." Cell Metabolism March 3, 2020.DOI:https://doi.org/10.1016/j.cmet.2020.02.002