Science子刊：在神经退行性疾病的初期，大脑中的小胶质细胞摄取了大量的葡萄糖

2021年10月16日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，来自德国神经退行性疾病研究中心（DZNE）、慕尼黑大学和慕尼黑大学医院的研究人员得出结论：在神经退行性疾病的初期，大脑的免疫细胞---小胶质细胞---摄取葡萄糖（一种糖分子）的程度远远超过了迄今为止的假设。这一结果对于解释描述大脑中葡萄糖分布的大脑扫描具有重要意义。此外，这种基于图像的数据有可能作为一种生物标志物，无创地捕捉小胶质细胞对痴呆症患者的治疗干预的反应。相关研究结果发表在2021年10月13日的Science Translational Medicine期刊上，论文标题为“Microglial activation states drive glucose uptake and FDG-PET alterations in neurodegenerative diseases”。

在人类中，大脑是能量消耗最高的器官之一，它可以随着年龄的增长和诸如阿尔茨海默病之类的疾病的发生而改变。论文共同通讯作者、慕尼黑大学医院核医学系副主任Matthias Brendel博士说，“能量代谢可以通过葡萄糖在大脑中的分布来间接记录。葡萄糖是一种能量载体。因此可以假设，在葡萄糖在大脑中积累的地方，能量需求以及由此产生的大脑活动特别高。”

通常用于这一目的的测量技术是正电子发射断层扫描（PET）的一个特殊变体，即FDG-PET。接受检查的人被注射含有放射性葡萄糖的可在大脑中分布的水溶液。然后由扫描仪测量放射性葡萄糖发出的辐射，并进行可视化观察。Brendel说，“然而，空间分辨率不足以确定葡萄糖在哪些细胞中聚集。最终，你得到的混合信号不仅来自神经元，还来自小胶质细胞和大脑中发现的其他细胞类型。”

细胞精确性

论文共同通讯作者、DZNE研究小组负责人和慕尼黑大学生物化学教授Christian Haass说，“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。我们想对这个观点进行测试，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。在这种情况下，我们看到，小胶质细胞吸收了大量的葡萄糖。这似乎是必要的，以使它们能够进行急性的、高能量消耗的免疫反应。比如，这种免疫反应可以针对与疾病相关的蛋白聚集物。只有在这种疾病的后期过程中，这种PET信号似乎才由神经元主导。”

神经元，图片来自Pixabay/CC0 Public Domain。

这些研究结果是基于实验室调查以及对大约30名痴呆症---阿尔茨海默病或所谓的4R tau蛋白病（four-repeat tauopathy）---患者的PET研究。例如，对小胶质细胞基本上被从大脑中移除或者可以说被灭活的小鼠的研究支持了这些发现。此外，还使用了一种新开发的技术，允许根据细胞类型对来自小鼠大脑的细胞进行分类，并分别测量它们对葡萄糖的吸收。

对研究和实践的影响

Brendel说，“FDG-PET被用于痴呆症研究和临床护理。就这一点而言，我们的结果与正确解释这类大脑扫描图像有关。它们还为一些迄今为止令人困惑的观察提供了新的线索。然而，这并不是对现有的诊断提出质疑。相反，它是关于对疾病机制的更好理解。”

Haass从这些研究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，将非常有帮助。特别是要确定一种疗法是否有效。我们的研究结果表明，这可能通过PET来实现。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

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.