長壽文章

透過增強細胞能量來再生受損的神經

脊髓損傷造成的受損神經細胞可以透過 ATP 增加能量進行修復
  • 增加受損脊髓神經的能量供應 (ATP) 可以促進軸突(神經纖維)的再生和再生長。 

  • 脊髓損傷中受損的軸突也會損害附近的粒線體並將其固定到位,從而損害 ATP 的產生。

  • 在給予肌酸(增強 ATP 形成)的小鼠中,軸突再生增加,特別是在缺乏將受損粒線體束縛在軸突中的蛋白質的小鼠中。 

本文發表在國家神經疾病與中風新聞研究所:

當脊髓受傷時,受損的神經纖維(稱為軸突)通常無法再生,導致功能永久喪失。 已經進行了大量研究來尋找促進損傷後軸突再生的方法。 在小鼠身上進行的一項研究結果發表在《細胞代謝》雜誌上,顯示增加這些受損脊髓神經內的能量供應可能有助於促進軸突再生並恢復一些運動功能。 這項研究是美國國立衛生研究院和印第安納波利斯印第安納大學醫學院合作進行的。

美國國立衛生研究院國家研究所高級首席研究員盛祖航博士說:「我們首次證明脊髓損傷會導致能量危機,而能量危機與受損軸突再生能力有限有內在聯繫。」神經疾病和中風(NINDS) 的研究員,也是該研究的共同高級作者。

就像汽車引擎的汽油一樣,人體細胞使用一種稱為三磷酸腺苷 (ATP) 的化合物作為燃料。 大部分的 ATP 是由稱為粒線體的細胞發電廠所產生。 在脊髓神經中,可以沿著軸突發現粒線體。 當軸突受傷時,附近的粒線體通常也會受損,從而損害受傷神經中 ATP 的產生。

「神經修復需要大量的能量,」盛博士說。 “我們的假設是,損傷後線粒體的損傷嚴重限制了可用的 ATP,而這種能量危機正是阻止受傷軸突再生和修復的原因。”

雪上加霜的是,在成人神經中,粒線體固定在軸突內。 這迫使受損的粒線體保持在原位,同時使其難以被替換,加速了受損軸突的局部能量危機。

盛實驗室是研究粒線體運輸的領導小組之一,此前他們培育出的基因小鼠缺乏一種名為 Syntaphilin 的蛋白質,這種蛋白質將粒線體束縛在軸突中。 在這些「基因敲除小鼠」中,粒線體可以在軸突中自由移動。

「我們提出,加強運輸將有助於從受損的軸突中去除受損的粒線體,並補充未受損的粒線體,以挽救能源危機,」盛博士說。

為了測試這是否對脊髓神經再生有影響,盛實驗室與醫學博士、哲學博士徐曉明合作。 以及印第安納大學醫學院的同事,他們是多種類型脊髓損傷建模的專家。

「脊髓損傷是毀滅性的,影響著患者、他們的家人和我們的社會,」徐博士說。 「儘管我們的科學界取得了巨大進步,但還沒有有效的治療方法。 肯定迫切需要為脊髓損傷患者制定新策略。”

當研究人員觀察脊髓和大腦的三種損傷模型時,他們觀察到與對照動物相比,Syntaphilin 敲除小鼠在損傷部位的軸突再生明顯較多。 新生長的軸突也在損傷部位之外建立了適當的連結。

當研究人員研究這種再生是否會導致功能恢復時,他們發現小鼠前肢和手指的精細運動任務有一些有希望的改善。 這表明增加粒線體運輸以及損傷部位的可用能量可能是修復受損神經纖維的關鍵。

為了進一步測試能量危機模型,小鼠被給予肌酸,這是一種增強 ATP 形成的生物能量化合物。 與餵食鹽水的小鼠相比,餵食肌酸的對照小鼠和基因敲除小鼠在受傷後都顯示出軸突再生增加。 在攝入肌酸的基因敲除小鼠中,發現了更強烈的神經再生。

「這些結果讓我們深受鼓舞,」盛博士說。 “我們在基因敲除小鼠中看到的再生非常顯著,這些發現支持了我們的假設,即能量缺乏阻礙了中樞和周圍神經系統受傷後修復的能力。”

盛博士也指出,這些發現雖然很有希望,但由於需要對小鼠進行基因操縱而受到限制。 缺乏 Syntaphilin 的小鼠對再生表現出長期影響,而單獨肌酸僅產生適度的再生。 未來的研究需要開發更有效地進入神經系統並增加能量產生的治療化合物,以可能治療創傷性腦和脊髓損傷。

該研究發表於 細胞代謝 2020 年 3 月。



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