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生物醫學
提示詞描述
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![1.1 腦部能量代謝
雖然腦部僅佔體重的約2%，但它消耗了人體每日總能量消耗的20% [17]。腦部主要利用葡萄糖和脂肪酸作為能量來源。在靜息狀態下，腦部首選的代謝途徑是粒線體氧化磷酸化。然而，高需求活動，如突觸可塑性、學習和記憶，需要來自糖解作用或乳酸代謝的額外貢獻 [13, 18, 19]。這突顯了粒線體在腦部能量代謝中的關鍵作用。乳酸在腦部扮演著「雙面刃」的角色；它是維持中樞神經系統 (CNS) 能量代謝所需的底物，但腦部中過量的乳酸積累會引起發炎反應，導致神經系統疾病，如阿茲海默症 (AD) 和帕金森氏症 (PD) [20]。
1.2 粒線體在腦部能量代謝中的作用
在此，我們主要討論粒線體在氧化磷酸化 (OXPHOS) 和糖解作用中的作用。當氧氣供應充足或處於靜息狀態時，OXPHOS 主要為 CNS 提供能量。這種生理過程發生在真核細胞的粒線體內膜或原核細胞的細胞質中。它是 ADP 和無機磷酸合成 ATP 的偶聯反應，其動力來自於體內物質通過呼吸鏈氧化過程中釋放的能量。OXPHOS 在 CNS 中具有以下功能：(1) 維持神經元功能；(2) 支持神經膠細胞功能；(3) 影響神經系統的發育和修復 [21, 22]。
當氧氣供應不足或急需能量時，CNS 中的糖解作用主要提供能量。在這個生理過程中，葡萄糖在細胞質中分解成丙酮酸，每分解一個葡萄糖分子，產生兩個丙酮酸分子和兩個 ATP 分子。丙酮酸進一步被乳酸脫氫酶 (LDH) 代謝產生乳酸，然後乳酸可以進入粒線體並被氧化成二氧化碳和水。當 CNS 活躍時，糖解作用可以快速提供能量，以維持神經元和其他細胞的正常運作。同時，糖解作用的中間產物可以為其他生理活動提供底物。例如，丙酮酸可以轉化為非必需胺基酸，如丙胺酸，參與蛋白質合成；它也可以在肝臟等器官中轉化為葡萄糖，維持穩定的血糖水平。此外，雖然糖解作用發生在細胞質中，但它與粒線體密切合作 [23, 24]。
糖解作用和 OXPHOS 是相互依存的，而這種相互依存關係源於粒線體。葡萄糖驅動的 OXPHOS 需要糖解作用的發生。粒線體不能直接氧化葡萄糖；因此，葡萄糖最初需要進行糖解作用，產生丙酮酸（或星形膠質細胞中的乳酸），然後可以將其導入粒線體並完全氧化 [25]。
1.3 AD 患者腦部能量代謝紊亂
AD 腦部能量代謝紊亂的主要原因可以總結如下：(1) 葡萄糖代謝失調；(2) 粒線體脂肪酸氧化 (FAO) 受損；](/_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)
