《Proceedings of the National Academy of Sciences》：Spreading depolarizations exhaust neuronal ATP in a model of cerebral ischemia
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擴散去極化（SD）在多種腦部疾病中出現，其能量供需失衡與腦損傷相關，但神經元 ATP 相關測量缺失。研究人員利用雙光子成像技術研究 SD 期間神經元 ATP 穩態。發現 SD 會使 ATP 下降，缺血條件下更嚴重，及時補充氧和葡萄糖 ATP 消耗可逆。該成果支持針對 SD 的腦缺血治療策略。
擴散去極化（Spreading depolarizations，SD）在許多腦部疾病中都會發生，有研究認為它會通過能量供需失衡導致腦損傷。然而，此前尚未有研究直接測量出三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）生成和消耗之間的不平衡，尤其是在單個神經元層面。在本研究中發現，即使存在葡萄糖和氧氣，SD 仍會導致神經元細胞內 ATP 短暫下降。當氧氣和葡萄糖供應中斷時，ATP 會逐漸下降，直至 SD 導致神經元 ATP 耗盡。若不重新供應氧氣和葡萄糖，這一過程將是不可逆的。所以，針對 SD 的治療方法或許能在腦部疾病中維持神經元 ATP 水平，或延緩其流失。
擴散去極化（SD）已在多種腦部疾病中被發現。SD 會增加大腦的能量需求，同時也會提高耗氧量，這意味著通過氧化磷酸化合成的 ATP 有所增加。因此，在氧氣和葡萄糖供應減少的情況下，SD 被認為危害極大。不過，此前尚未測量過神經元細胞內 ATP（[ATP]i），而這一指標能反映 SD 期間 ATP 合成與消耗的平衡情況。
本研究利用雙光子成像技術，對成年小鼠急性腦切片中神經元的 ATP 穩態展開研究。這些小鼠的神經元中表達 ATP 傳感器 ATeam1.03YEMK。通過施加氯化鉀或進行氧糖剝奪（oxygen and glucose deprivation，OGD）來誘導 SD，并通過記錄局部場電位、細胞外鉀離子以及固有光學信號來檢測 SD。研究發現，在有氧氣和葡萄糖的情況下，SD 發生時神經元 ATP 傳感器信號會大幅但短暫下降，這意味著 ATP 含量下降。在 SD 發生前，OGD 只會使 ATP 信號輕微降低，但在 SD 期間，ATP 信號會大幅且不可逆地下降。隨后研究還發現，如果在檢測到 SD 后迅速重新供應氧氣和葡萄糖，大多數細胞中的 ATP 消耗基本是可逆的。研究結果表明，SD 發生時 ATP 消耗大幅超過生成。在模擬血液供應減少的情況下，這會導致 [ATP]i失衡。所以，該研究結果為腦缺血后針對 SD 的治療策略提供了支持。
