大腦免疫細(xì)胞對(duì)糖有著“貪婪的胃口”

2021-11-26 15:48

在神經(jīng)退行性疾病發(fā)生之初,大腦的免疫細(xì)胞——“小膠質(zhì)細(xì)胞”——吸收葡萄糖的程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出目前的想象。

德國(guó)神經(jīng)退行性疾病研究中心官網(wǎng)10月13日消息

德國(guó)神經(jīng)退行性疾病研究中心(DZNE)、慕尼黑大學(xué)(LMU München)和慕尼黑大學(xué)附屬醫(yī)院(LMU Klinikum München)發(fā)表在《科學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》(Science Translational Medicine)雜志上的研究得出了這一結(jié)論。

研究于2021年10月13日發(fā)表在《Science Translational Medicine》(最新影響因子:17．956)雜志上

這些結(jié)果對(duì)于解釋大腦掃描圖像中葡萄糖在大腦中的分布具有重要意義。此外,這種基于圖像的數(shù)據(jù)可以作為生物標(biāo)志物,以非侵入性的方式捕捉失智癥患者小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)治療干預(yù)的反應(yīng)。

對(duì)人類來說,大腦是能量消耗最高的器官之一,它會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而變化,也會(huì)因疾病而變化,比如阿爾茨海默病。

“能量代謝可以通過葡萄糖在大腦中的分布間接記錄下來。葡萄糖是能量的載體。LMU Klinikum München核醫(yī)學(xué)科副主任 Matthias Brendel 博士說。

通常用于這一目的的測(cè)量技術(shù)是正電子發(fā)射斷層掃描(PET)的一種特殊變體,在技術(shù)術(shù)語中稱為“FDG-PET”。接受檢查的人服用一種含有放射性葡萄糖的水溶液,這種葡萄糖分布在大腦中。然后用掃描儀測(cè)量糖分子發(fā)出的輻射并將其可視化。

“然而,空間分辨率不足以確定葡萄糖在哪些細(xì)胞中積聚。最終,你會(huì)得到一種混合的信號(hào),這種信號(hào)不僅來自神經(jīng)元,也來自小膠質(zhì)細(xì)胞和大腦中發(fā)現(xiàn)的其他類型細(xì)胞,” Brendel 說。

Matthias Brendel 博士

細(xì)胞的精度

“教科書上的觀點(diǎn)是,FDG-PET的信號(hào)主要來自神經(jīng)元,因?yàn)樗鼈儽徽J(rèn)為是大腦中最大的能量消耗者,”DZNE研究小組負(fù)責(zé)人、慕尼黑大學(xué)生物化學(xué)系教授 Christian Haass 說。

“我們想把這個(gè)概念付諸試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)信號(hào)實(shí)際上主要來自小膠質(zhì)細(xì)胞。這至少適用于神經(jīng)退行性疾病的早期階段,那時(shí)神經(jīng)損傷還沒有那么嚴(yán)重。在這個(gè)例子中,我們看到小膠質(zhì)細(xì)胞吸收了大量的糖。這似乎是必要的,以允許他們的急性,高能量消耗的免疫反應(yīng)。例如,這可以直接用于與疾病相關(guān)的蛋白質(zhì)聚集物。只有在疾病的后期,PET信號(hào)才會(huì)被神經(jīng)元控制。”

慕尼黑研究人員的發(fā)現(xiàn)是基于實(shí)驗(yàn)室調(diào)查以及對(duì)大約30名失智癥患者的PET研究,這些患者要么是阿爾茨海默病,要么是所謂的四重tau蛋白病(four-repeat tauopathy)。例如,對(duì)小鼠的研究支持了這些發(fā)現(xiàn),這些小鼠的小膠質(zhì)細(xì)胞要么被從大腦中大量移除,要么被停用。此外,還利用新開發(fā)的技術(shù),將小鼠大腦中的細(xì)胞根據(jù)細(xì)胞類型進(jìn)行分類,并分別測(cè)定其攝取糖量。

研究和實(shí)踐的結(jié)果

“FDG-PET被用于失智癥研究以及臨床護(hù)理,”Brendel說,“到目前為止,我們的結(jié)果與正確解釋這種大腦圖像有關(guān)。它們也為一些迄今為止令人困惑的觀察提供了新的線索。然而,這并不會(huì)質(zhì)疑現(xiàn)有的診斷。相反,這是關(guān)于更好地理解疾病的機(jī)制。”

Haass 從目前的結(jié)果中得出了進(jìn)一步的結(jié)論:“近年來,小膠質(zhì)細(xì)胞在阿爾茨海默病和其他神經(jīng)退行性疾病中發(fā)揮著至關(guān)重要的保護(hù)作用,這一點(diǎn)已經(jīng)變得很明顯。如果能夠非侵入性地監(jiān)測(cè)這些細(xì)胞的活動(dòng),例如它們對(duì)藥物的反應(yīng),將會(huì)非常有幫助。特別是確定治療是否有效。我們的研究結(jié)果表明,這可能通過PET來實(shí)現(xiàn)。”

參考文獻(xiàn)

Source:DZNE

In Neurodegenerative Diseases, Brain Immune Cells Have a “Ravenous Appetite” for Sugar

Reference:

Xianyuan Xiang et al． Microglial activation states drive glucose uptake and FDG-PET alterations in neurodegenerative diseases． Science Translational Medicine, 2021, doi:10．1126/scitranslmed．a(chǎn)be5640．

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