在神经退行性疾病发生之初,大脑的免疫细胞——“小胶质细胞”——吸收葡萄糖的程度远远超出目前的想象。

德国神经退行性疾病研究中心官网10月13日消息

德国神经退行性疾病研究中心(DZNE)、慕尼黑大学(LMU München)和慕尼黑大学附属医院(LMU Klinikum München)发表在《科学转化医学》(Science Translational Medicine)杂志上的研究得出了这一结论。

研究于2021年10月13日发表在《Science Translational Medicine》(最新影响因子:17．956)杂志上

这些结果对于解释大脑扫描图像中葡萄糖在大脑中的分布具有重要意义。此外,这种基于图像的数据可以作为生物标志物,以非侵入性的方式捕捉失智症患者小胶质细胞对治疗干预的反应。

对人类来说,大脑是能量消耗最高的器官之一,它会随着年龄的增长而变化,也会因疾病而变化,比如阿尔茨海默病。

“能量代谢可以通过葡萄糖在大脑中的分布间接记录下来。葡萄糖是能量的载体。LMU Klinikum München核医学科副主任 Matthias Brendel 博士说。

通常用于这一目的的测量技术是正电子发射断层扫描(PET)的一种特殊变体,在技术术语中称为“FDG-PET”。接受检查的人服用一种含有放射性葡萄糖的水溶液,这种葡萄糖分布在大脑中。然后用扫描仪测量糖分子发出的辐射并将其可视化。

“然而,空间分辨率不足以确定葡萄糖在哪些细胞中积聚。最终,你会得到一种混合的信号,这种信号不仅来自神经元,也来自小胶质细胞和大脑中发现的其他类型细胞,” Brendel 说。

Matthias Brendel 博士

细胞的精度

“教科书上的观点是,FDG-PET的信号主要来自神经元,因为它们被认为是大脑中最大的能量消耗者,”DZNE研究小组负责人、慕尼黑大学生物化学系教授 Christian Haass 说。

“我们想把这个概念付诸试验,发现信号实际上主要来自小胶质细胞。这至少适用于神经退行性疾病的早期阶段,那时神经损伤还没有那么严重。在这个例子中,我们看到小胶质细胞吸收了大量的糖。这似乎是必要的,以允许他们的急性,高能量消耗的免疫反应。例如,这可以直接用于与疾病相关的蛋白质聚集物。只有在疾病的后期,PET信号才会被神经元控制。”

慕尼黑研究人员的发现是基于实验室调查以及对大约30名失智症患者的PET研究,这些患者要么是阿尔茨海默病,要么是所谓的四重tau蛋白病(four-repeat tauopathy)。例如,对小鼠的研究支持了这些发现,这些小鼠的小胶质细胞要么被从大脑中大量移除,要么被停用。此外,还利用新开发的技术,将小鼠大脑中的细胞根据细胞类型进行分类,并分别测定其摄取糖量。

研究和实践的结果

“FDG-PET被用于失智症研究以及临床护理,”Brendel说,“到目前为止,我们的结果与正确解释这种大脑图像有关。它们也为一些迄今为止令人困惑的观察提供了新的线索。然而,这并不会质疑现有的诊断。相反,这是关于更好地理解疾病的机制。”

Haass 从目前的结果中得出了进一步的结论:“近年来,小胶质细胞在阿尔茨海默病和其他神经退行性疾病中发挥着至关重要的保护作用,这一点已经变得很明显。如果能够非侵入性地监测这些细胞的活动,例如它们对药物的反应,将会非常有帮助。特别是确定治疗是否有效。我们的研究结果表明,这可能通过PET来实现。”

参考文献

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．abe5640．

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