增强能力生长中的神经元会经历重大的代谢变化

没有氧气，我们的大脑只能存活几分钟。索尔克研究所的研究人员现在已经确定了神经元发育过程中新陈代谢发生剧烈变化的时间，这种变化使神经元依赖于氧气作为能量来源。

这项研究结果发表在7月12日的《eLife》杂志上，揭示了人们认为在癌症和神经退行性疾病(如阿尔茨海默氏症和帕金森氏症)中出错的代谢途径。

“对于神经元的新陈代谢是如何建立起来的，我们知之甚少，”资深作者托尼·亨特说，他是雷纳托·杜贝克主席的持有者，也是索尔克分子和细胞生物学实验室的美国癌症学会教授。“除了让我们了解神经发育过程中的这一过程，这项工作还让我们更好地了解神经退行性疾病。”

通过神经元发送信息需要能量，而大脑对氧气和葡萄糖的消耗都很强烈。例如，大脑消耗身体20%的葡萄糖。细胞产生能量的工厂，被称为线粒体，分散在细长的神经元轴突上，以便为细胞的所有部分提供持续的能量供应。根据这项新研究，随着神经元变大，线粒体的数量也在增加。

我们在子宫里制造新的神经元，这个过程在出生后继续。即使是成人大脑的一些区域，也会在一生中不断产生新的神经元。“我们假设我们在这项新研究中描述的代谢变化发生在每次祖细胞变成神经元的时候，”Salk研究助理、该研究的第一作者郑新德(音)说。

最终成为神经元的细胞最初使用一种叫做糖酵解的途径，糖酵解是一个主要的能量产生过程，发生在细胞的细胞质中，并将葡萄糖转化为三磷酸腺苷(ATP)形式的能量。然而，在某些时候，细胞会转向一种更有效的途径，即氧化磷酸化。氧化磷酸化是一种利用氧气产生ATP的过程，发生在线粒体内。

Hunter, Zheng, Salk的Leah Boyer和他的同事之前研究了一种叫做Leigh综合征的罕见代谢疾病，最近发表的研究表明，在受损的神经元中产生的ATP更少。在理解这种疾病的过程中，他们需要在培养皿中重建它，使用线粒体中DNA突变的细胞。但是研究小组意识到，他们还没有很好地理解正常分裂的细胞在分裂和分化成新的细胞类型时是如何产生能量的。

在这项新的研究中，亨特的团队发现，当一个神经元前体细胞变成一个神经元时，编码糖酵解中关键代谢酶的基因就会关闭它们的表达。这些变化共同阻止了糖酵解。与此同时，氧化磷酸化的关键调控因子一直在增加。

亨特说，最令人惊讶的是发育中的神经元必须完全停止糖酵解。当研究人员阻止这种情况发生时，神经元迅速死亡。

“这是首次在神经元分化代谢变化的综合分析,和令人惊讶的信实的神经元氧化磷酸化的唯一能量来源对神经元有明显影响的脆弱性随着年龄的增长,“说文章的第二调查员生锈的计,索尔克教授实验室的遗传学和持有人的Vi和约翰·阿德勒的椅子与年龄相关的神经退行性疾病研究。

该小组计划更仔细地研究在细胞发育过程中代谢基因是如何被控制的。他们还计划研究与疾病(如帕金森病)相关的具有能量缺陷的神经元，以及不同类型的神经元，以比较新陈代谢方面的细微差异。

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