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位于江北新区dafacasino网页版官网园区北京大学分子医学南京转化研究院倾力布局打造的“自由行为动物脑成像平台”南京脑观象台赋能科研团队，利用其微型化双光子技术揭示了神经元胞体与末梢的糖代谢差异登上国际期刊。

神经元需要完成一些特定的功能，如膜电位的维持、神经递质的释放和再循环以及轴浆运输等，比其他类型细胞有更高的能量需求。因此传统观点认为神经元主要通过线粒体氧化磷酸化 ( OXPHOS) 产生ATP。然而，神经元不同亚细胞结构处的葡萄糖代谢是否存在差异尚不清楚。

北京大学分子医学南京转化研究院打造的南京脑观象台配备有多种型号的微型化双光子显微镜和专业的技术团队，为作者量身打造了验证神经元不同亚细胞结构葡萄糖代谢差异的研究手段，配合课题实现了从动物制备、到药物干预验证、到数据分析的全套解决方案；平台经验证后使用了不同颜色标定神经元胞体和轴突末梢，实现了对神经元胞体和末梢的双色同步成像，从而来研究神经元胞体和突触末梢之间的葡萄糖代谢差异。此外，还开发出一套和双光子记录同步配合的活体动物给药方案，实现了对不同代谢路径抑制下的神经元胞体和末梢的同步观测。

2023年11月23日，南京中医药大学胡刚教授团队于国际著名期刊Nature Neuroscience发表题为“Aerobic glycolysis is the predominant means of glucose metabolism in neuronal somata, which protects against oxidative damage”的研究论文。作者发现有氧糖酵解是神经元胞体葡萄糖代谢的主要方式，它可以保护神经元免受氧化损伤。

南京脑观象台为作者量身打造了适配验证这一问题的研究手段，从动物制备、到药物干预验证，利用微型化双光子成像技术（FHIRM-TPM），作者发现糖酵解酶丙酮酸激酶2 (PKM2)的不同分布促使神经元在胞体中利用有氧糖酵解来防止氧化损伤，并在突触末梢处利用OXPHOS来满足高能量需求。

作者首先利用体外实验发现了神经元胞体比突触末梢进行更多的有氧糖酵解和更少的OXPHOS。由于分离过程可能会损害亚细胞的代谢活性，并且不可避免地会受到胶质细胞的污染，不能够很好地模拟生理条件，因此作者使用FHIRM-TPM进一步探讨了体内神经元胞体和突触末梢之间的葡萄糖代谢差异。

通过使用基因编码的传感器与微型双光子显微镜相结合，来研究运动皮层神经元胞体和末梢OXPHOS和有氧糖酵解的差异。在初级躯体感觉皮层 (SSp) 注射cytosolic iATPSnFR (细胞内ATP浓度变化的传感器) 和jRGECO1α 以及synaptophysin–mCherry来标记胞体和末梢。在5min时将OXPHOS抑制剂oligomycin A注射到SSP中，并在30min时向SSP中注糖酵解抑制剂2-DG，直到60min成像结束，观察神经元胞体和突触末梢ATP水平的变化。

结果显示，在末梢中，oligomycin A抑制OXPHOS导致ATP水平急剧下降，而在神经元胞体中，ATP水平仅在糖酵解受到抑制时出现急剧下降。这些结果表明，皮层神经元在胞体处的有氧糖酵解的水平高于末梢。

在体内，神经元胞体比突触末梢进行更多的有氧糖酵解和更少的OXPHOS

作者随后利用蛋白质组学分析等实验手段进一步发现了PKM2在胞体的表达高于在末梢的表达，而PKM2的缺失导致胞体糖代谢从有氧糖酵解向OXPHOS 转变，该转变引起多巴胺能神经元的氧化损伤和进行性丢失，证明胞体进行高有氧糖酵解代谢是为了防止神经元氧化损伤。

在这项研究中，作者报道了神经元胞体和末梢之间存在显著的糖代谢差异，即胞体显示出更高的有氧糖酵解水平和更低的OXPHOS活性。这种策略使得神经末梢能够高效地产生能量，支持神经递质释放与回收等高能耗功能。同时，神经末梢通过突触可塑性可以克服氧化磷酸化产生的活性氧带来的结构损伤。

另一方面，胞体是神经元储存遗传物质与合成蛋白质的地方，因此对活性氧的防护尤为关键。不产生活性氧的有氧糖酵解对于胞体而言是一条更安全的糖代谢途径。这些研究发现提示，神经元以一种智慧的方式，在不同亚细胞结构处采用不同的糖代谢方式，既满足了能量需求，又避免了氧化损伤。本研究丰富了神经元耗能代谢方式的理论，为干预相关神经疾病提供了新的研究思路。

【参考文献】

Wei, Y., Q. Miao, Q. Zhang, S. Mao, M. Li, X. Xu, et al. (2023) Aerobic glycolysis is the predominant means of glucose metabolism in neuronal somata, which protects against oxidative damage. Nat Neurosci.doi: 10.1038/s41593-023-01476-4

南京脑观象台

南京脑观象台（Nanjing Brain Observatory, NBO）是北京大学分子医学南京转化研究院布局打造的高端成像平台。平台的宗旨是围绕全球脑科学计划的重大需求，倾力打造“自由行为动物脑成像”的核心能力，大规模获取脑动态图谱数据，推动重大原创发现，助力脑疾病临床新药创制，并启迪类脑与人工智能研究。NBO配置微型化双光子荧光显微成像系统20余套，年可对外提供机时50000+小时，年可服务500课题；拥有1500平方米SPF级动物房、2个万级负压动物房、3000笼大小鼠饲养空间。提供从动物手术、载体表达，到行为训练、组织切片，再到图像大数据处理、分析与可视化等多学科技术，为全球客户与合作者提供“高通量、定制化、一站式”的科技服务，并为全球脑科学的研究者们提供一个绝佳的技术交流与融合平台。