利用微型化雙光子技術(shù)揭示神經(jīng)元胞體與末梢的糖代謝差異
2023年11月23日，南京中醫(yī)藥大學(xué)胡剛教授團(tuán)隊(duì)于國際著名期刊Nature Neuroscience發(fā)表題為“Aerobic glycolysis is the predominant means of glucose metabolism in neuronal somata, which protects against oxidative damage”的研究論文。作者發(fā)現(xiàn)有氧糖酵解是神經(jīng)元胞體葡萄糖代謝的主要方式，它可以保護(hù)神經(jīng)元免受氧化損傷。利用微型化雙光子顯微成像技術(shù)（FHIRM-TPM）等研究手段，作者發(fā)現(xiàn)糖酵解酶丙酮酸激酶2 (PKM2)的不同分布促使神經(jīng)元在胞體中利用有氧糖酵解來防止氧化損傷，并在突觸末梢處利用OXPHOS來滿足高能量需求。
2023年11月23日，南京中醫(yī)藥大學(xué)胡剛教授團(tuán)隊(duì)于國際著名期刊Nature Neuroscience發(fā)表題為“Aerobic glycolysis is the predominant means of glucose metabolism in neuronal somata, which protects against oxidative damage”的研究論文。作者發(fā)現(xiàn)有氧糖酵解是神經(jīng)元胞體葡萄糖代謝的主要方式，它可以保護(hù)神經(jīng)元免受氧化損傷。利用微型化雙光子顯微成像技術(shù)（FHIRM-TPM）等研究手段，作者發(fā)現(xiàn)糖酵解酶丙酮酸激酶2 (PKM2)的不同分布促使神經(jīng)元在胞體中利用有氧糖酵解來防止氧化損傷，并在突觸末梢處利用OXPHOS來滿足高能量需求。
圖1. 在體內(nèi)，神經(jīng)元胞體比突觸末梢進(jìn)行更多的有氧糖酵解和更少的OXPHOS
作者隨后利用蛋白質(zhì)組學(xué)分析等實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了PKM2在胞體的表達(dá)高于在末梢的表達(dá)，而PKM2的缺失導(dǎo)致胞體糖代謝從有氧糖酵解向OXPHOS 轉(zhuǎn)變，該轉(zhuǎn)變引起多巴胺能神經(jīng)元的氧化損傷和進(jìn)行性丟失，證明胞體進(jìn)行高有氧糖酵解代謝是為了防止神經(jīng)元氧化損傷。
在這項(xiàng)研究中，作者報(bào)道了神經(jīng)元胞體和末梢之間存在顯著的糖代謝差異，即胞體顯示出更高的有氧糖酵解水平和更低的OXPHOS活性。這種策略使得神經(jīng)末梢能夠高效地產(chǎn)生能量，支持神經(jīng)遞質(zhì)釋放與回收等高能耗功能。同時(shí)，神經(jīng)末梢通過突觸可塑性可以克服氧化磷酸化產(chǎn)生的活性氧帶來的結(jié)構(gòu)損傷。另一方面，胞體是神經(jīng)元儲(chǔ)存遺傳物質(zhì)與合成蛋白質(zhì)的地方，因此對活性氧的防護(hù)尤為關(guān)鍵。不產(chǎn)生活性氧的有氧糖酵解對于胞體而言是一條更安全的糖代謝途徑。這些研究發(fā)現(xiàn)提示，神經(jīng)元以一種智慧的方式，在不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)處采用不同的糖代謝方式，既滿足了能量需求，又避免了氧化損傷。本研究豐富了神經(jīng)元耗能代謝方式的理論，為干預(yù)相關(guān)神經(jīng)疾病提供了新的研究思路。
【參考文獻(xiàn)】
Wei, Y., Q. Miao, Q. Zhang, S. Mao, M. Li, X. Xu, et al. (2023) Aerobic glycolysis is the predominant means of glucose metabolism in neuronal somata, which protects against oxidative damage. Nat Neurosci.doi: 10.1038/s41593-023-01476-4
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