近日，來(lái)自美國(guó)的研究人員發(fā)現(xiàn)，大腦中細(xì)胞的代謝需求并不一致。“敲除”一種調(diào)節(jié)線粒體的酶會(huì)使小鼠的小腦發(fā)育比其他大腦區(qū)域更加受到抑制。這項(xiàng)研究結(jié)果近日發(fā)表在Science Advances上。
研究通訊作者、埃默里大學(xué)醫(yī)學(xué)院Winship癌癥研究所的Cheng-Kui Qu博士說(shuō)：“這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)對(duì)于我們理解小腦發(fā)育障礙、退行性疾病，甚至是癌癥背后的分子機(jī)制具有非常大的幫助。”
小腦長(zhǎng)期以來(lái)一直被認(rèn)為與平衡感和復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)機(jī)能相關(guān)。最近的研究表明，小腦對(duì)于決策制定和情緒也非常重要。對(duì)于人類而言，在出生后的第一年中，小腦比其他大腦區(qū)域發(fā)育得更快，而且直到8歲才會(huì)發(fā)育完全。兒童最常見(jiàn)的惡性腦部腫瘤——成神經(jīng)管細(xì)胞瘤，也發(fā)生在小腦中。
Qu及其同事一直在研究一種名為PTPMT1的酶，PTPMT1控制丙酮酸向線粒體的流入，而丙酮酸是碳水化合物產(chǎn)生的能量來(lái)源。研究人員將丙酮酸描述為出生后小腦發(fā)育的“主要能源”。
細(xì)胞可以通過(guò)線粒體高效分解糖分來(lái)獲取能量，也可以從糖酵解的過(guò)程中更浪費(fèi)地獲得能量。刪除PTPMT1可以幫助我們深入了解哪些細(xì)胞對(duì)線粒體代謝問(wèn)題更加敏感。各種各樣的線粒體疾病會(huì)影響身體的不同部位，但是大腦對(duì)糖的需求量尤其大，它永不會(huì)停止代謝。當(dāng)一個(gè)人處于休息狀態(tài)時(shí)，大腦會(huì)消耗掉身體四分之一的血糖，而成年人的大腦只消耗人體體重的2%。
研究人員創(chuàng)造了在神經(jīng)細(xì)胞中缺失PTPMT1基因的小鼠，排除了大腦中的非神經(jīng)元細(xì)胞以及身體的其他部分。他們只在成年小鼠的大腦中或小腦的特定部位中刪除了PTPMT1基因。
Qu的團(tuán)隊(duì)驚訝地發(fā)現(xiàn)，丙酮酸對(duì)于神經(jīng)前體/干細(xì)胞至關(guān)重要，正是這些細(xì)胞中的缺陷導(dǎo)致缺少PTPMT1小鼠的小腦發(fā)育被完全抑制。相反，快速增殖的顆粒細(xì)胞是在小腦中發(fā)現(xiàn)的一種特別小的細(xì)胞類型，不會(huì)受到缺少PTPMT1的影響。顆粒細(xì)胞占到了大腦中所有細(xì)胞的80%，盡管小腦從體積上看只占大腦的很小一部分。
Qu說(shuō)：“這種區(qū)別代表了我們對(duì)小腦發(fā)育過(guò)程中各種細(xì)胞類型的代謝調(diào)節(jié)理解的范式轉(zhuǎn)變。神經(jīng)前體/干細(xì)胞似乎比祖細(xì)胞和成熟細(xì)胞更依賴于有效的葡萄糖線粒體代謝。”
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