IT之家 3 月 26 日消息，腦是哺乳動物器官中結(jié)構(gòu)和功能最復(fù)雜的器官之一，大腦的新陳代謝非?；钴S，且極易受到缺氧和灌注不足的影響。
迄今為止，生理和病理情況下大腦調(diào)節(jié)新陳代謝的細(xì)胞學(xué)和分子生物學(xué)機制仍然不清楚，許多科學(xué)問題仍未得到解決。例如，大腦究竟從血液中攝取什么物質(zhì)？釋放哪些物質(zhì)到血液循環(huán)中？了解大腦的代謝物輸入與輸出有望為研究神經(jīng)生物學(xué)和神經(jīng)精神疾病提供新的思路。
3 月 26 日，北京腦科學(xué)與類腦研究所 / 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院戈鵡平與首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院王伊龍、莫大鵬團隊在 Neuron 雜志上發(fā)表題為 Comprehensive characterization of metabolic consumption and production by the human brain 的論文，首次成功高通量系統(tǒng)鑒定人腦凈吸收和凈釋放的代謝物和脂質(zhì)。
研究人員前期收集了人腦靜脈竇 (出腦的匯集靜脈)、股靜脈（出腿部組織匯集靜脈）和股動脈的血漿樣本，并進行了代謝組學(xué)和脂質(zhì)組學(xué)的測定。
在這些樣本中，通過比對動脈和人腦靜脈竇血液樣品，檢測到了 5384 種代謝物，其中 1365 種代謝物被人腦顯著吸收或釋放（738 種吸收，627 種釋放），占比 25.3%。
通過比對動脈和腿部靜脈血液樣品，1,508 種代謝物被腿部顯著吸收或釋放（737 種吸收，771 種釋放），占比 28.0%，其余代謝物在動靜脈之間的濃度接近。
在人腦動靜脈代謝組數(shù)據(jù)中，研究團隊發(fā)現(xiàn)，大腦對葡萄糖的凈攝取絕對量最高（656.47 μM），次黃嘌呤（hypoxanthine）為凈吸收率最高的代謝物，動脈中 48.4% 被大腦攝取。
谷氨酸（味精的主要成分）也在本研究中顯示為人腦凈吸收，對于一個成年男性而言，其大腦平均每天可以凈吸收 5g 谷氨酸。谷氨酰胺（glutamine）為腦部凈釋放量最高的代謝物（439.18 μM），丙酮酸（pyruvate）也被顯著釋放，提示葡萄糖代謝副產(chǎn)物的外排機制。
研究者在人腦動靜脈脂質(zhì)組數(shù)據(jù)中檢測到 654 種脂質(zhì)，其中 140 種脂質(zhì)被大腦顯著吸收或釋放（63 種吸收，77 種釋放），甘油三酯（triacylglycerols, TAG）是大腦消耗最顯著的脂質(zhì)類別，與能量儲存相關(guān)；磷脂酰乙醇胺（PE）、磷脂酰肌醇（PI）和游離脂肪酸（FFA）是大腦釋放最顯著的脂質(zhì)類別，與膜結(jié)構(gòu)成分相關(guān)。
隨后，研究者比較了腦靜脈狹窄（CVSS）與腦靜脈血栓（CVST）患者的腦-血代謝交換差異，CVSS 患者的大腦消耗了更多的葡萄糖和乳酸，并釋放了更多葡萄糖代謝副產(chǎn)物（如丙酮酸、琥珀酸和蘋果酸），表明其葡萄糖利用增加，但線粒體氧化磷酸化減少。CVST 患者則消耗了更多的色氨酸（tryptophan）、TAG50:3 (16:2) 和 TAG54:4 (16:0)，并釋放了更多的檸檬酸（citrate），但消耗的葡萄糖和乳酸較少。
研究者進一步探討了年齡對人腦代謝的影響，分析了年齡與腦部代謝物攝取和釋放的相關(guān)性，鑒定出 8 種代謝物和 15 種脂質(zhì)的血腦交換特性與年齡相關(guān)。隨著年齡增長，大腦對葡萄糖的攝取減少，反映出大腦代謝活性的降低。大腦對 TAG 48:3 (18:1) 的消耗隨年齡增長而增加，大腦釋放的天冬酰胺（asparagine）、膽綠素（biliverdin）和溶血磷脂酰膽堿（LPC）隨年齡增長而增加。
該研究為人腦代謝研究提供了全新的高通量數(shù)據(jù)，首次系統(tǒng)測定了人腦攝取與釋放的代謝物和脂質(zhì)。研究結(jié)果拓展了我們對大腦能量代謝的理解，還為衰老、神經(jīng)系統(tǒng)疾病的代謝機制研究提供了新的理論基礎(chǔ)和有效的技術(shù)手段。
北京腦科學(xué)與類腦研究所 / 首都醫(yī)科大學(xué) / 協(xié)和醫(yī)學(xué)院聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生周樂波、首都醫(yī)科大學(xué)-北京腦科學(xué)與類腦研究所聯(lián)合培養(yǎng)研究生王楠和博士后邱寶山為共同第一作者。北京腦所生物質(zhì)譜中心的李溱教授、孫祥麗博士、于曉倩工程師為工作提供了技術(shù)支持。該研究也得到首都醫(yī)科大學(xué)吉訓(xùn)明教授的幫助與支持。北京腦所的姚迪、賀淼清、李桐、謝毓峰、畢湛迎、博士俞杰在課題中也作出了重要貢獻。
IT之家附論文鏈接：
https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(25)00175-8
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