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バイオメディカル
Promptの説明
図の作成：MCF7細胞培養。播種後、以下の5種類の細胞ストレス処理を行う：1. コントロール、2. 低酸素（フラスコ蓋をパラフィルムで密閉）、3. 紫外線照射、4. 血清除去（0.5% FBS）、5. グルコース飢餓（低グルコース培地）、6. DTT/PFA (2 mM DTT および 25 mM PFA)。細胞はT25フラスコ内で37℃、5% CO₂下で48時間培養し、80-90%コンフルエントに達する。紫外線照射：細胞に紫外線照射（5分間）とインキュベーション（5分間）を5サイクル行い、マルチベシキュラーボディの産生を刺激する。エクソソーム分離：サンプルを500 × g で5分間、4℃で遠心分離し、上清を除去する。細胞ペレットを5 mL PBSに再懸濁し、再度952 rpmで5分間、4℃で遠心分離する。ペレットは廃棄し、上清を保持する。超遠心分離：清澄化された上清を超遠心チューブに移し、100,000 g で7分間遠心分離する。
![1.1 脳におけるエネルギー代謝
脳は体重の約2%に過ぎないが、1日の総エネルギー消費量の20%を消費する[17]。脳は主にグルコースと脂肪酸をエネルギー源として利用する。安静時には、脳の主要な代謝経路はミトコンドリアにおける酸化的リン酸化である。しかし、シナプス可塑性、学習、記憶などの高負荷な活動には、解糖系または乳酸代謝からの追加的な供給が必要となる[13, 18, 19]。これは、脳のエネルギー代謝におけるミトコンドリアの重要な役割を強調している。乳酸は脳において「両刃の剣」として働き、中枢神経系（CNS）のエネルギー代謝を維持するために必要な基質であるが、脳内の過剰な乳酸蓄積は炎症反応を引き起こし、アルツハイマー病（AD）やパーキンソン病（PD）などの神経疾患につながる可能性がある[20]。
1.2 脳のエネルギー代謝におけるミトコンドリアの役割
ここでは、主に酸化的リン酸化（OXPHOS）と解糖系におけるミトコンドリアの役割について議論する。OXPHOSは、酸素供給が十分な場合、または安静時に、主にCNSにエネルギーを供給する。この生理学的プロセスは、真核細胞のミトコンドリア内膜、または原核細胞の細胞質で起こる。呼吸鎖を介した体内物質の酸化によって放出されるエネルギーを動力源として、ADPと無機リン酸からATPを合成する共役反応である。OXPHOSは、CNSにおいて以下の機能を持つ。（1）ニューロン機能の維持、（2）グリア細胞機能のサポート、（3）神経系の発達と修復への影響[21, 22]。
CNSにおける解糖系は、主に酸素供給が不十分な場合、またはエネルギー供給が緊急に必要な場合にエネルギーを供給する。この生理学的プロセスでは、グルコースは細胞質内でピルビン酸に分解され、グルコース1分子あたりピルビン酸2分子とATP2分子が生成される。ピルビン酸はさらに乳酸脱水素酵素（LDH）によって代謝され、乳酸を生成する。乳酸はその後、ミトコンドリアに入り、二酸化炭素と水に酸化される。解糖系は、CNSが活動しているときに、ニューロンや他の細胞の正常な機能を維持するために迅速にエネルギーを供給することができる。同時に、解糖系の中間生成物は、他の生理学的活動のための基質を提供することができる。例えば、ピルビン酸はアラニンのような非必須アミノ酸に変換され、タンパク質合成に関与する。また、肝臓などの臓器でグルコースに変換され、安定した血糖値を維持する。さらに、解糖系は細胞質で起こるが、ミトコンドリアと密接に連携している[23, 24]。
解糖系とOXPHOSは相互依存的であり、この相互依存性はミトコンドリアに由来する。グルコース駆動のOXPHOSは、解糖系の発生を必要とする。ミトコンドリアはグルコースを直接酸化することができないため、グルコースは最初に解糖系を経る必要があり、そこでピルビン酸（またはアストロサイトでは乳酸）が生成され、ミトコンドリアに輸送されて完全に酸化される[25]。
1.3 AD患者の脳におけるエネルギー代謝障害
AD脳におけるエネルギー代謝障害の主な原因は、以下のように要約できる。（1）グルコース代謝の調節不全、（2）ミトコンドリア脂肪酸酸化（FAO）の障害。](/_next/image?url=https%3A%2F%2Fpub-8c0ddfa5c0454d40822bc9944fe6f303.r2.dev%2Fai-drawings%2FIcV7vcnomT4yUr2cR2ybs0iHyXlGgSRn%2F905f8239-cc7a-4506-a92b-cad88e820407%2F81ca34d8-7e4b-41ed-ac88-93fe3e8d434b.png&w=3840&q=75)
