大脑运行依赖充足且不间断的营养和氧气供应，星形胶质细胞（astrocyte）负责大脑葡萄糖摄取和代谢，但神经元与星形胶质细胞之间的代谢耦合机制尚未完全理解。这篇文章发现依赖神经元活动的星形胶质细胞代谢激活由神经调节剂腺苷通过星形胶质细胞A2B受体介导。A2B受体的刺激招募经典的环腺苷酸3′,5′-单磷酸–蛋白激酶A信号通路，导致星形胶质细胞葡萄糖代谢的快速激活和乳酸的释放，并补充细胞外能量底物池（extracellular pool ）。腺苷介导的代谢信号对于维持突触功能至关重要，降低A2B受体的表达导致大脑能量代谢的重大重编程，阻止海马体突触可塑性，严重损害识别记忆并扰乱睡眠。

大脑，这个由亿万神经元构成的复杂网络，其高效运转依赖于充足且不间断的营养和氧气供应。星形胶质细胞，作为神经元的亲密伙伴，不仅遍布整个神经系统，还掌控着大脑对葡萄糖的摄取与代谢。然而，神经元与星形胶质细胞间的代谢协同机制，即如何确保神经元能量需求的精准满足，一直是科学界尚未揭开的谜团。

近日，一篇发表在国际杂志Nature上题为“Adenosine signaling to astrocytes coordinaates brain metabolism and function”的研究报告中，来自伦敦大学学院等机构的科学家们通过对小鼠和细胞进行研究后，揭示了大脑在高强度活动时如何即时补充能量的精妙机制，这一发现有望引领出维护大脑健康与延寿的新疗法。

Alexander Gourine教授说道，我们的大脑由数十亿个神经细胞组成，它们协同工作，调控着包括运动控制、学习及记忆构建在内的各种功能，执行着一系列复杂任务。这些密集的运算活动对能量需求巨大，且持续不断地需要营养与氧气的供给。尤其在进行高强度脑力劳动时，大脑对能量的需求更加迫切，然而，如何精准地将代谢能量输送到活跃的大脑区域，背后的精细机制尚待科学界深入探索。

此前研究结果表明，大量称之为星形胶质细胞的脑细胞似乎在为大脑神经元提供所需能量方面扮演着重要角色。星形胶质细胞，是一类胶质细胞，也是机体中枢神经系统中存在的非神经元细胞。当邻近的神经元需要增加能量供应时，星形胶质细胞就会通过迅速激活其自身的葡萄糖储存和代谢从而迅速行动，并加速乳酸的生成与释放。乳酸这一产物，能够及时补给神经元的能量库，确保大脑在高负荷运作下的能量供应。

科学家发现维持机体大脑能量的特殊细胞机制 有望促进个体晚年的大脑健康

图片来源：Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07611-w

这项研究中，通过对小鼠模型和细胞样本进行一系列实验，研究人员在星形胶质细胞中发现了一类特殊的受体——A2B受体，其能检测并监测神经元活动，并诱发一种涉及腺苷酸（adenosine）的cAMP信号通路。研究者发现，星形胶质细胞中由腺苷酸所激活的代谢信号通路与我们在锻炼时肌肉和肝脏中能量提取以及储存的通路是完全相同的。

腺苷酸在星形胶质细胞中激活的代谢信号，能促进葡萄糖的代谢，进而为神经元供能，确保即使在能量需求高涨且供应受限的条件下，神经递质介导的突触传递仍能高效运行。实验显示，一旦小鼠体内关键的星形胶质细胞受体功能丧失，大脑的整体活性和效率显著下降，表现为代谢减缓、记忆受损以及睡眠模式紊乱，这强烈提示研究中辨识的cAMP信号通路对学习、记忆和睡眠等生理过程至关重要。

Theparambil博士强调，这项发现的意义深远，它可能为治疗与大脑能量失衡相关的一系列疾病，如神经退行性疾病和痴呆，开辟全新路径。随着年龄增长，大脑能量平衡逐渐受损，特别是在阿尔茨海默病等神经退化过程中，这种损害更为严重。现在，研究人员已经锁定一个极具潜力且可药物干预的目标，有望催生新的策略来守护大脑功能，保持认知健康，推动大脑长寿。

总而言之，研究结果有力证明腺苷酸A2B受体扮演着星形胶质细胞感应神经元活性的角色，而星形胶质细胞中的cAMP信号则调控着大脑能量代谢，支撑着睡眠、记忆等生命基础机能的正常运转。

参考文献：

Theparambil, S.M., Kopach, O., Braga, A. et al. Adenosine signalling to astrocytes coordinates brain metabolism and function. Nature (2024). doi：10.1038/s41586-024-07611-w