大腦葡萄糖代謝研究取得新進展

日期：2010-11-16 09:46:33

在大腦中，葡萄糖通過不同的新陳代謝途徑起作用從而產生能量——這是它在大腦中最重要的功能，但葡萄糖同時也可以通過其他幾種關鍵的調節（例如，細胞凋亡）、保護（即對抗活性氧自由基）以及合成代謝（例如，蛋白質和脂質合成）途徑來起作用。產生能量的最有效的途徑與氧化磷酸化有關，但是葡萄糖也能夠迅速和高效地向離子交換膜法直接輸送能量，例如離子泵。當葡萄糖在完成這些功能時起作用且不依賴氧化磷酸化時，它傳統上被稱為有氧糖酵解。有氧糖酵解在大腦中的研究一直相對匱乏，但是在兩項最新的研究中，美國圣路易斯市華盛頓大學的S. Neil Vaishnavi、Marcus E. Raichle和同事發現，這一過程在休眠的大腦中存在區域差異，同時高水平的有氧糖酵解可能與后來的β淀粉樣沉積（也就是斑）有關。

在第一項研究中，研究人員利用正電子發射斷層顯像（PET）技術在年輕成人體內測量了氧和葡萄糖的新陳代謝速度。他們在前額皮質、外側頂葉皮質、楔前葉和后扣帶回皮質、顳側皮質、回直肌和尾狀核中發現了高速的有氧糖酵解。這些區域對應的區域包括“默認模式網絡”——當個體清醒但并未從事一項工作時最活躍的一組區域——和認知控制網絡。小腦和顳下回，包括海馬，則表現出了較低的有氧糖酵解速度。

β淀粉樣斑被發現于阿爾茨海默氏癥早期的默認模式網絡區域中。在第二項研究中，Raichle和同事因此調查了在這些區域中對有氧糖酵解的依賴是否與β淀粉樣沉積有關。他們利用PET評估了阿爾茨海默氏癥患者與已知蛋白質水平升高的認知正常的人的β淀粉樣沉積，并將由此得到的大腦圖像與來自第一項研究的有氧糖酵解水平空間分布圖進行了比較。研究人員將大腦圖像分割為167個無重疊的立方體，在第二項研究中，研究人員在幾個感興趣的區域選擇了60個小的球面區域。他們評估了每一個立方體和球面的β淀粉樣與有氧糖酵解的水平。兩種方法都顯示了β淀粉樣和有氧糖酵解水平之間的一個顯著的空間關聯，并且與β 淀粉樣水平升高的認知正常的人相比，這種關聯在阿爾茨海默氏癥患者中更加強烈。這兩項研究均于日前發表在美國《國家科學院院刊》上。

現在還不知道觀測區域的有氧糖酵解變化背后的基礎是什么，但是研究人員提出，它們或許同突觸傳遞過程，合成代謝反應和/或氧化還原狀態調節的能量需求的區域差別有關。正如一些依賴葡萄糖的突觸傳遞過程以及氧化壓力已知能夠被阿爾茨海默氏癥所破壞，這些發現表明，對有氧糖酵解的依賴可能會使一個大腦區域易受阿爾茨海默氏癥致病過程的侵襲。研究人員還指出，有氧糖酵解具有作為一種早期診斷疾病的生物標記的潛力。