来自邻近细胞的信号在轴突内提供能量增强

“许多主要的神经系统疾病包括轴突退化、线粒体功能障碍、能量水平下降或少突胶质细胞问题，”nds的高级研究员盛祖航博士说。“我们的发现揭示了轴突保持能量的一种方式，可以帮助我们更好地理解神经疾病的原因，以及我们如何治疗它们。”

包括神经元在内的所有细胞都使用三磷酸腺苷(ATP)作为燃料，这是由细胞内称为线粒体的结构产生的。盛博士领导的NINDS研究小组发现，少突胶质细胞——通常通过将轴突包裹在一种叫做髓磷脂的绝缘材料中来支持轴突的细胞——释放出一种名为SIRT2的酶，可以增强线粒体的活性。这种酶，当被轴突接收时，通过增加能量产生来提供局部动力。

“神经元需要大量的三磷酸腺苷来获取能量，但三磷酸腺苷很难沿着长轴突移动，”盛博士说。“我们想了解神经元是如何沿着轴突一直保持高能量水平的。”

就像为偏远地区提供电力的地区发电厂一样，线粒体位于长轴突上，在需要ATP的地方产生ATP。先前的研究表明，去除髓鞘的轴突含有更多的线粒体，而影响少突胶质细胞的基因变化也会影响轴突的能量产生。

盛博士的团队使用一种最先进的能量传感器，根据局部ATP的可用性改变颜色，比较了在有或没有少突胶质细胞的细胞培养皿中生长的神经元及其轴突的能量水平。他们看到的是，与少突胶质细胞一起生长的轴突明显比没有少突胶质细胞的轴突含有更多的ATP，这表明支持细胞和轴突的能量水平之间存在某种联系。

接下来，盛博士和他的同事们在实验室培养皿中培养少突胶质细胞数天，然后收集培养基，但不收集细胞，从而创造了“条件培养基”。然后将条件介质添加到含有神经元的培养皿中，这种处理也提高了ATP水平，这意味着少突胶质细胞正在将细胞成分释放到它们的环境中，从而增加轴突的能量生产。

问题仍然存在:少突胶质细胞释放了什么?为了回答这个问题，dr。张伯伦和黄是这项研究的两位主要作者，他们和他们的合作者从少突胶质细胞中分离出外泌体——包含信号分子的细胞释放的包裹，并表明它们也可以增加轴突的能量产生。利用之前的一项研究，确定了外泌体中的许多成分，研究人员重点研究了一种名为SIRT2的蛋白质，并证实它在少突胶质细胞中存在高水平，而不是神经元中。

SIRT2也是一个有趣的目标，因为它是一种修饰蛋白质的酶，包括线粒体中的蛋白质，特别是那些与ATP产生有关的蛋白质。当研究人员从基因上打开神经元中的SIRT2时，他们发现ATP水平显著升高。相反，当神经元与缺少SIRT2基因的少突胶质细胞一起生长时，没有看到能量的增加。最后，当将含有SIRT2的外泌体添加到缺乏SIRT2基因的小鼠的脊髓中时，线粒体功能显著增加。总之，这些发现表明，少突胶质细胞有助于轴突在需要时保持高水平的能量。

包括ALS在内的几种神经退行性疾病都与线粒体无法在神经元及其轴突中产生足够的能量有关。SIRT2作为一种跨细胞信号的发现，可以促进轴突内的局部能量产生，这意味着这种途径可能是未来治疗某些神经退行性疾病的潜在靶点。

本研究由nds的校内研究计划支持。