2021-07-21《Sceince》：多光子显微技术帮助神经科学家解决脑细胞代谢途径的纷争

相关疾病：卒中一项雷射显微镜技术可替神经科学家解决脑部细胞如何处理能量的纷争﹐并且能解释出脑部在正子造影系统（PET,positronemissiontomography）所出现的影像﹐提供给医师较佳的方式来观察中风(stroke)或阿兹海默症(Alzheimer’sdisease)等脑部损害。

康乃尔大学应用暨工程物理学（AppliedEngineeringPhysics）副教授KarlA.Kasischke等人成功利用多光子显微技术发现脑部神经细胞（neurons）和星状细胞(astrocytes)之间的如何地交互作用来燃烧氧气和葡萄糖进行糖解作用(glycosis)﹐以达到脑部特别能量的需求。其结果已发表于今年七月的《科学》（Science）杂志上。

该研究团队表示﹐他们根据大脑代谢的辅?烟碱醯胺腺嘌呤双核甘酸（NADH,nicotinamideadeninedinucleotide）两种不同能源状态的影像﹐将最具争议性脑细胞能量代谢的星状细胞—神经元乳酸穿梭（theastrocyte-neuronlactateshuttle）假设作确认与再定义。

KarlA.Kasischke说道﹐在过去十年当中﹐科学家们激烈争议讨论﹐被激活的大脑究竟是进行有氧代谢把葡萄糖彻底分解成水？还是进行无氧状态的糖解作用产生乳酸（lactate）？他表示﹐他们的研究已经发现星状细胞糖解作用伴随着神经活化引发神经性氧化代谢（NeuronalOxidativeMetabolism）将这两种目前对立的说法产生一致性并造成两派双赢的局面。由于他们所使用的多光子显微镜可以让NADH产生内生性荧光影像﹐显示出脑神经内早期氧化代谢终究是持续的﹐并且在约10秒后让星状细胞—神经元乳酸穿梭（theastrocyte-neuronlactateshuttle）作脑细胞晚期的活化作用。神经细胞甚至在休息的时候是不断代谢葡萄糖﹐并且当讯号开始穿越神经细胞时﹐代谢葡萄糖的现象会持续表达﹐然后星状细胞会将代谢葡萄糖所得到的乳酸﹐提供出来做为燃料。

目前医师所使用的脑神经影像技术﹐例如功能性磁共振影像（fMRI,functionalmagneticresonanceimaging）和正子造影系统（PET；positronemissiontomography）虽然可分别探测血流和血氧变化﹐提供医师了解大脑功能变化﹐但是在时间和空间的分辨率却无法满足研究人员的需求。而相较之下﹐多光子显微技术却能提供中枢神经系统（CNS；centralnervoussystem）高分辨率﹐3D立体的组织影像﹐强力地帮助研究人员探讨脑细胞代谢途径。

这场十多年来的争论﹐看来各持己见的双方都没有输。不过﹐最重要的意义是﹐多光子显微技术足以提供大脑代谢等研究功能性方面的应用﹐并且提供给医师较佳的方式来观察中风或阿兹海默症等脑部损害。

全文链接：http://www.sciencemag.org/cgi/reprint/305/5680/50.pdf