人類大腦中大約存在有1000億個神經(jīng)元細(xì)胞，使我們能夠思考、感覺和行動。它們通過一種稱為軸突的長神經(jīng)纖維將電沖動傳遞至遠(yuǎn)端的大腦區(qū)域和機(jī)體。這種通訊需要巨大的能量，這些能量是通過神經(jīng)元由糖類生成。軸突與神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞密切相關(guān)，一方面，利用電絕緣髓鞘包繞它們，另一方面對它們的長期功能起支持作用。

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近日來自馬克斯-普朗克實(shí)驗(yàn)醫(yī)學(xué)研究所的Klaus Armin和他的研究組發(fā)現(xiàn)了大腦中這些神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞支持軸突和長期維持它們活性的可能機(jī)制。相關(guān)論文發(fā)布在《自然》（Nature）雜志上。
少突膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中一群高度特化的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。它們負(fù)責(zé)形成環(huán)繞神經(jīng)纖維作為絕緣層的富含脂肪髓鞘。一個顯著的例子就是比作電纜上的絕緣層，然而相比電纜的絕緣層髓鞘的功能要多得多：它能夠提高軸突的傳輸速度，減少持續(xù)的能量消耗。髓鞘對于正在發(fā)揮功能的神經(jīng)系統(tǒng)極其重要，絕緣層缺陷可導(dǎo)致諸如多發(fā)性硬化癥等疾病發(fā)生。

有趣的是，少突膠質(zhì)細(xì)胞的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止是提供髓鞘。Klaus-Armin Nave和他的研究小組曾在數(shù)年前成功證實(shí)除了髓鞘形成，健康神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞對于軸突自身的長期功能和存活也是至關(guān)重要的。“然而直到現(xiàn)在我們都還不清楚少突膠質(zhì)細(xì)胞是通過何種方式在功能上支持它們的相關(guān)軸突的，”Nave說。在新研究中，研究人員證實(shí)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞參與了為神經(jīng)纖維補(bǔ)充能量。“它們可以被描述為軸突數(shù)據(jù)高速公路上的加油站，”Nave對這些研究結(jié)果進(jìn)行解釋時說。
然而能量補(bǔ)給是如何運(yùn)作的？在少突膠質(zhì)細(xì)胞與軸突之間是否存在著一種代謝？為了弄清這一點(diǎn)，Ursula Fünfschilling構(gòu)建出了遺傳修飾的小鼠：在少突膠質(zhì)細(xì)胞中通過使Cox10基因失活有意地破壞線粒體功能。這影響了線粒體中糖分解的zui后階段——這一過程被稱為呼吸鏈。由于細(xì)胞色素氧化酶只在細(xì)胞存在Cox10酶時有功能，如果呼吸鏈中的鏈環(huán)缺失，在這種情況下神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞會逐漸喪失線粒體中細(xì)胞呼吸的能力。“沒有自主呼吸，操縱的神經(jīng)系統(tǒng)膠質(zhì)細(xì)胞就會死亡，”Ursula Fünfschilling解釋說。除非利用來自糖分解形成丙酮酸或乳酸的低水平能量，這一過程稱為糖酵解，來滿足它們的需要。
這恰恰是科學(xué)家們在他們的小鼠中觀察到的：動物髓鞘以這種正常的方式初步形成。在這一點(diǎn)線粒體呼吸鏈開始受損，似乎并不會影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)的膠質(zhì)細(xì)胞。甚至在一年后，大腦中也沒有觀察到神經(jīng)變性改變。科學(xué)家們認(rèn)為在生命的zui初幾周，這一階段以zui大的能量需求為特征，突變的少突膠質(zhì)細(xì)胞仍然依賴許多完整的線粒體。隨后所有更為成熟的少突膠質(zhì)細(xì)胞似乎減少了線粒體呼吸，通過增加糖酵解來設(shè)置其能量生成。對于健康膠質(zhì)細(xì)胞的利益是在糖分解過程中生成的代謝產(chǎn)物可以作為髓鞘合成的組成部分。此外，少突膠質(zhì)細(xì)胞中生成的乳酸可被給予軸突，在軸突中它被用作產(chǎn)生能量幫助軸突自身的線粒體。
“在刻意修飾的少突膠質(zhì)細(xì)胞中*喪失呼吸鏈有可能提高一個自然呈現(xiàn)的發(fā)育步驟，”Nave解釋說。因此膠質(zhì)細(xì)胞線粒體喪失不會導(dǎo)致對軸突的能量供應(yīng)衰退，而是相反地過度供應(yīng)了可利用的乳酸。受影響的神經(jīng)信號通路本身沒有問題，這一點(diǎn)在少突膠質(zhì)細(xì)胞的乳腺代謝中得到證實(shí)。轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白確保了乳酸在少突神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞與它們的有髓鞘軸突之間的快速轉(zhuǎn)移。

這一研究發(fā)現(xiàn)為少突膠質(zhì)細(xì)胞的功能提供了新的理解：除了已知對于髓鞘形成的重要作用，它們能夠向軸突直接提供糖產(chǎn)物，用作燃料幫助高活性期中的軸突線粒體。神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的這種雙功能可以用于解釋為何在許多的髓鞘疾病中，例如多發(fā)性硬化癥，受累的脫髓鞘軸突往往會遭受不可逆轉(zhuǎn)的損害。

來源：生物通