2023年11月23日，神經(jīng)科學(xué)頂刊《自然-神經(jīng)科學(xué)》（Nature Neuroscience）（中科院醫(yī)學(xué)1區(qū)）在線發(fā)表了南京中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)院胡剛教授團(tuán)隊(duì)的最新研究成果“Aerobic glycolysis is the predominant means of glucose metabolism in neuronal somata, which protects against oxidative damage”。

腦是人體消耗能量較高的器官之一。腦的神經(jīng)元需要持續(xù)完成一些特定的功能，如維持膜電位、釋放神經(jīng)遞質(zhì)和進(jìn)行軸突運(yùn)輸，因此比其他類型細(xì)胞有更高的能量需求。傳統(tǒng)理論認(rèn)為，神經(jīng)元主要通過氧化磷酸化代謝葡萄糖的能量代謝方式。在氧化磷酸化過程中，電子在呼吸鏈上傳遞時(shí)可能泄露，形成一種被稱為活性氧（ROS）的有害物質(zhì)，加重細(xì)胞損傷，甚至導(dǎo)致細(xì)胞死亡。因此，神經(jīng)元在滿足自身能量需求的同時(shí)，需要相應(yīng)的保護(hù)機(jī)制避免氧化磷酸化帶來的損傷作用。細(xì)胞的另一種代謝葡萄糖的方式——有氧糖酵解代謝，雖然產(chǎn)能效率僅為氧化磷酸化的1/18，但不產(chǎn)生活性氧。

圖一  論文圖片摘要總結(jié)

胡剛教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元在胞體處主要采用有氧糖酵解，而在神經(jīng)末梢處主要采用氧化磷酸化代謝。這種策略使得神經(jīng)末梢能夠高效地產(chǎn)生能量，支持神經(jīng)遞質(zhì)釋放與回收等高能耗功能。同時(shí)，神經(jīng)末梢通過突觸可塑性可以克服氧化磷酸化產(chǎn)生的活性氧帶來的結(jié)構(gòu)損傷。另一方面，胞體是神經(jīng)元儲存遺傳物質(zhì)與合成蛋白質(zhì)的地方，因此對活性氧的防護(hù)尤為關(guān)鍵。不產(chǎn)生活性氧的有氧糖酵解對于胞體而言是一條更安全的糖代謝途徑（圖一）。這些研究發(fā)現(xiàn)提示，神經(jīng)元以一種智慧的方式，在不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)處采用不同的糖代謝方式，既滿足了能量需求，又避免了氧化損傷。本研究豐富了神經(jīng)元耗能代謝方式的理論，為相關(guān)神經(jīng)精神疾病的干預(yù)策略及其治療藥物研發(fā)提供了新的研究思路。

南京中醫(yī)藥大學(xué)是本研究成果的第一完成單位，胡剛教授是本論文的通訊作者，青年教師偉堯博士、在讀博士研究生苗芊芊和青年教師張倩博士為本論文的共同第一作者，本研究由“腦科學(xué)與類腦研究”重大項(xiàng)目（2021ZD0202900）、國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目（No.81991523）等項(xiàng)目資助。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41593-023-01476-4