神经元能量受限会加剧癫痫

癫痫是最常见的神经系统疾病之一，其特征是由大脑中一组神经元的过度活跃引起的自发性重复癫痫发作。因此，我们能否通过减少神经元正常运作所必需的能量来减少神经元过度活跃并治疗癫痫呢?由日内瓦大学(UNIGE)和EPFL的科学家领导的团队对此进行了测试。研究人员发现，在老鼠身上，癫痫发作实际上加剧了。他们观察到，能量的减少会导致神经元中钙含量的增加，使它们过度兴奋。给小鼠喂食富含脂类的生酮饮食可以纠正这些功能障碍，这种饮食自古以来就被使用。这项工作发表在杂志上eLife．

我们的大脑，只占我们身体的2%体重，消耗了我们摄入的糖的20%以上。对糖的大量需求为数十亿神经元的功能提供了必要的能量，这些神经元负责通过电信号发射和传播神经系统的信息。这种糖，更准确地说是葡萄糖，转化为能量的过程是由线粒体完成的，线粒体是细胞内的小细胞器，被认为是细胞的“能量工厂”。

细胞“能量工厂”的关键作用

理学院分子与细胞生物学系教授Jean-Claude Martinou的实验室对线粒体的工作原理很感兴趣。他的团队已经发现了通用载体丙酮酸葡萄糖分解代谢的产物，进入线粒体。他现在正在研究线粒体丙酮酸载体(MPC)在神经元活动中的作用，以及线粒体中丙酮酸运输的缺陷是否与某些疾病有关神经系统疾病尤其是癫痫。

癫痫发作是由神经元过度兴奋引起的大脑过度活跃的表现，通常发生在大脑皮层。“对我们来说，测试是否抑制线粒体丙酮酸载体，从而减少线粒体提供的能量，可以减少在治疗过程中发生的神经元过度兴奋性，这似乎很有趣癫痫发作该研究的最后一位作者Jean-Claude Martinou解释道。

缺乏MPC的小鼠容易发生癫痫发作

生物学家给正常人注射了一种能诱发癫痫发作的促癫痫药物老鼠对于那些大脑皮层神经元缺乏货币政策委员会。在正常小鼠中，注射低剂量的药物不会引起癫痫发作。另一方面，与最初的假设相反，在缺乏MPC的小鼠中，一旦服用低剂量的促癫痫药物，就会发生非常严重，甚至致命的癫痫发作。

在进一步分析这些神经元中发生了什么后，生物学家发现，没有MPC的神经元钙含量异常高，钙是神经信息正确传递的关键元素。“输入线粒体的丙酮酸不仅扮演着细胞燃料的角色，而且还允许线粒体隔离钙。事实证明，正是这第二个功能与癫痫发作的触发有关。由于它不再被线粒体捕获，钙在神经元中保持自由，其浓度增加，这使得神经元过度兴奋，”EPFL教授和该研究的合著者卡门·桑迪解释道。

生酮饮食的秘密

自古以来，患有癫痫的病人都发现了一种生酮饮食富含脂肪和低碳水化合物，可以避免癫痫发作。酮体是在生酮饮食或禁食期间产生的，是由肝脏中的脂质分解产生的。它们被输入大脑，是大脑的重要能量来源，尤其是在禁食期间。它们可以在不需要载体的情况下进入线粒体，并被用来提供能量。

“我们发现mpc缺陷小鼠喂食生酮饮食或用酮体癫痫发作不那么严重。有了这种饮食，功能线粒体神经元恢复，钙水平正常，”分子与细胞生物学系研究员、该研究的共同第一作者Marine Laporte说。这项工作由瑞士国家科学基金会和Kristian Gerhard Jebsen基金会资助，有助于解释在线粒体病理患者中经常观察到的癫痫发作，并考虑基于酮体的治疗，比生酮饮食更少剧烈。