撰文︱*宁，程秀唐，盛祖杭
责编︱王思珍
神经元是一类组织上高度特化的细胞，它的极性组织紧要由胞体（soma）、树突网络（dendriticarbors）以及一根狭长且遍及分支和末端的轴突（axon）所组成。以大鼠大脑黑质纹状体的多巴胺能神经元（nigrostriataldopaminergicneuron）为例，其轴突分支精细，长度总和约有半米，而在人类大脑中，神经元轴突的组织则更为繁杂。ATP是细胞内能量最直接的起原，做为成效上特化的神经元须要洪量的能量用于补给轴突上的离子通道和离子泵，进而保持静息和激勉行为电位，以及神经递质的传播。据统计，人脑的品质仅占满身品质的2%，却须要耗损机体总ATP的近20%，神经元轴突末尾所耗损的ATP更是占到全面神经元细胞总量的55%。因而，保持神经元轴突的能量供反映均衡关于神经元寻常生理成效以及损伤后修理复活相当紧急。
ATP在细胞内紧要经过糖酵解和线粒体内的氧化磷酸化造成。与增殖细胞紧要依赖糖酵解供能不同，神经元紧要依赖线粒体的氧化磷酸化造成ATP。纵然ATP在相邻的轴突末尾间也许快速散布，ATP在狭长轴突中的散布本事却非常有限。因而，轴突紧要经过线粒体的长途输送与锚定将康健的线粒体输送至轴突分支（axonbranches）、成长锥（growthcones）、郎飞结（nodesofRanvier）、突触前末端（presynapticterminals）等能量耗损较大的地区，同时将老化或受损的线粒体铲除。连年来越来越多的协商发掘核心神经系统疾病和损伤与轴突线粒体的成效反常以及而至能量供给缺点亲切关系，因而，保险轴突线粒体的康健与能量供给成为了神经退行性疾病医治与神经损伤后复活修理协商的前沿热门。
年4月16日，美国国立康健协商院（NIH）盛祖杭团队受邀在Neuron颁发了专题综述“Programmingaxonalmitochondrialmaintenanceandbioenergeticsinneurodegenerationandregeneration”，做家别离为程秀唐（Xiu-TangCheng）博士和*宁（NingHuang）博士，通信做家为盛祖杭（Zu-HangSheng）协商员。本文系统地归纳了连年来轴突线粒体与轴突能量代谢畛域协商的前沿停顿，并联合该团队在关系畛域所获取的系列协商效果，提议要点科学看法：轴突线粒体保持反常与能量供给缺点是神经退行性疾病与核心神经系统损伤修理的紧急原由。本文还深入商议了将保持轴突线粒体康健与能量稳态做为靶点，增进神经损伤后存活与复活的新思绪。
一、保险轴突线粒体康健的线粒体生物学机制与记号通路
本文首先系统形色了神经线粒体生物学（neuronalmitochondrialbiology）中保持轴突线粒体成效的四个关键机制：线粒体生成（biogenesis）、合并与分割（fissionandfusion）、品质管束(qualitycontrol)、输送与锚定（traffickingandanchoring）。轴突线粒体的运动状况大略也许分为三类：双向输送、停止以及变向输送，它们是一系列马达卵白、线粒体锚定卵白和连续卵白反映上游记号，协同影响的效果。做家以轴突线粒体的输送与锚定做为切入点，要点梳理了神经发育经过中的成长记号；突触运动中的钙记号；能量感知关系的AMPK记号；氧化压力与活性氧（ROS）记号,以及糖基化记号（glycosylation）等记号通路对轴突线粒体输送与锚定的调控影响，强调了轴突线粒体散布和输送在不同大脑生理经过中的紧急性（图1）。
图1保险轴突线粒体康健的线粒体生物学机制与记号通路
（图源：ChengXT,HuangN,ShengZH,Neuron,）
二、神经退行性疾病中的渐进功用量缺点（EnergyDeficits）
在神经退行性疾病中，在包含帕金森症（PD）、肌减弱侧索强硬症（ALS）、阿尔茨海默症（AD）等朽迈关系的神经退行性疾病中，均发掘了也许造成轴突线粒体输送、成效反常以及线粒体自噬与品质管束缺点的基因渐变,终究导致慢性的能量缺点(energydeficits)。其它，一些神经退行性疾病中的卵白反常堆积（如APP、α-synuclein等）也会影响到线粒体的成效和输送。因而，轴突线粒体成效反常被以为是神经退行性疾病中的要点题目之一，怎样从轴突中移除或铲除成效反常的线粒体，并更换成康健的线粒体成为了复原轴突能量供给的要点环节。本章节归纳了不同神经退行性疾病中影响轴突线粒体成效与动态的关系渐变，偏要点商议了在急性和慢性线粒体损伤下，神经元经过两种不同道路管束轴突线粒体品质（图2）。图2神经退行性疾病中的渐进功用量缺点
（图源：ChengXT,HuangN,ShengZH,Neuron,）
三、核心神经系统损伤造成的急功用量险情（EnergyCrisis）
常常境况下，处于发育经过中的神经元轴突具备较强的成长本事，而老练的核心神经系统神经元迫于内涵与外表的诸多繁杂束缚要素，一旦轴突受损后很难复活，终究导致永远性的神经成效缺损。轴突复活经过须要耗损洪量能量，包含如成长锥复活，细胞骨架网络重组、突触与神经环路再毗邻等一系列邃密的生物学经过，而这些经过均须要康健的轴突线粒体为其供给能量。连年来的协商发掘大脑损伤、脑卒中等核心神经系统急性损伤会直接摧残轴突线粒体的完备性，造成受损部分急功用量险情导致轴突复活变得更为窘迫。本章节中紧要从轴突神经元的输送与锚定成效动手，商议了经过合拢轴突线粒体锚定成效；以及增进轴突线粒体双向输送两种战术增进轴突损伤后复活修理的协商停顿（图3）。
图3核心神经系统损伤造成的急功用量险情
（图源：ChengXT,HuangN,ShengZH,Neuron,）
四、复原轴突能量稳态做为增进神经损伤后复活修理的潜在战术
由于在慢性神经退行性疾病的停顿经过中庸在急性神经损伤中时常伴有着轴突能量缺失和能量险情，怎样复原轴突能量代谢则成为缓和神经退行性疾病历程，扶助神经损伤后存活复活的潜在靶点。除了经过调动轴突线粒体输送/锚定、造成、品质管束等线粒体生物学机制来保险轴突线粒体康健外，本章节还联合最新文件，梳理了如下三种潜在的临床医治战术：1）线粒体跨细胞迁徙（transfer）与体内线粒体移植（transplantation）在医治小鼠脊髓损伤与脑缺血等急性损伤中的运用与停顿；2）胶质细胞-轴突间经过外泌体传播代谢记号，保持轴突线粒体成效的协商停顿；3）经过利用肌酸（creatine）等能量代谢关系化合物医治脊髓损伤的最新停顿。这些协商开垦了人们对复原能量代谢（bioenergeticrestoration）医治神经损伤的了解，也为来日开垦或者的医治战术供给新的思绪（图4）。
图4复原轴突能量稳态做为增进神经损伤后复活修理的潜在战术
（图源：ChengXT,HuangN,ShengZH,Neuron,）
五、归纳与瞻望
综上所述，本综述系统归纳了神经元在康健、神经退行性疾病、神经损伤后复活三种不同状况下保持轴突线粒体康健与能量代谢所面对的挑战和关系记号通路，并提议轴突线粒体品质保持妨碍和能量供给缺点是造成神经退行性疾发病生停顿和神经损伤后复活失利的紧急原由。其它，本综述还归纳了对以复原能量供给做为靶点缓和神经损伤的或者办法和战术。结尾，联合该实践室最新的协商效果，商议了调控轴突线粒体输送和轴突-少突胶质细胞间的代谢记号做为能量复原医治靶点的或者性。原文链接：