研究人员长期以来认为神经元几乎完全依赖葡萄糖作为能量来源。与能够利用脂肪的肌肉或肝脏组织不同，大脑巨大的能量需求被认为仅由糖分供应。
昆士兰大学和赫尔辛基大学的最新研究推翻了这一传统认知。研究发现神经元能够生成并利用部分脂肪为自身活动供能——这一过程若受阻，可能导致一种罕见的神经系统疾病，即遗传性痉挛性截瘫54型（HSP54）。
当糖分不足时
作为大脑信使的神经元从不处于休眠状态，这项工作需要大量以ATP形式存在的能量，而ATP是驱动几乎所有细胞过程的分子。研究表明，神经元依赖一种特殊酶DDHD2将脂肪切割成饱和游离脂肪酸——主要是肉豆蔻酸、棕榈酸和硬脂酸。这些脂质在线粒体内通过β-氧化过程被重新加工，从而产生ATP。
在缺乏DDHD2酶的细胞中，研究人员观察到线粒体能量产出显著降低——比正常水平减少约20%。细胞试图通过糖酵解分解更多糖分来补偿，但这远远不够。它们的线粒体陷入混乱，ATP水平下降，神经元之间的通信开始恶化。
"这确实是一项重大突破，"主导该研究的澳大利亚生物工程与纳米技术研究所梅尔贾·约恩苏博士表示，"我们已经证明健康神经元依赖脂肪供能，当HSP54等疾病导致该通路失效时，我们或许能够修复损伤并逆转神经病理变化。"
DDHD2酶的深入解析
DDHD2如同生物化学剪刀，将甘油三酯和磷脂切割成可被能量利用的合适尺寸片段。当DDHD2基因发生突变——正如HSP54患者的情况——神经元便开始储存未被利用的过量脂肪颗粒。
这些堆积意味着细胞无法获取所需脂肪。失去这一能量来源后，神经元承受压力，内部运输系统崩溃，线粒体变得肿胀无序。
在DDHD2基因被敲除的小鼠实验中，科学家观察到相同缺陷：能量产出降低、线粒体紊乱、神经元间通信异常。然而当科学家为神经元提供预先组装的关键脂肪酸（即脂酰辅酶A）时，细胞状况开始改善。48小时内，其能量输出和线粒体结构显著恢复。
以脂肪重振能量
为尝试修复神经元，科学家向缺乏DDHD2的神经元提供了功能性肉豆蔻酸、棕榈酸和硬脂酸。这些化合物绕过故障酶，直接为线粒体输送能量。
随后的变化令人震撼：ATP产量激增，线粒体重获健康形态，甚至细胞内部运输系统也重新运作。
最显著的修复效果来自同时使用三种脂酰辅酶A的组合方案。当科学家阻断线粒体对这些脂肪的摄取时，修复效果消失，证明该过程依赖脂肪氧化。"当我们阻止脂肪进入线粒体，修复效果立即消失，"约恩苏解释道，"这表明脂肪代谢通路至关重要。"
修复受损通信
神经元不仅需要能量——更需要在正确时间将能量输送至正确位置。神经元交换信号的突触是大脑中能量最匮乏的区域之一。在缺乏DDHD2的神经元中，即使静息状态下突触ATP水平也下降近18%；当神经元活跃时，其能量调控能力急剧恶化。这种能量短缺破坏了突触囊泡循环过程，导致神经元无法正常释放和回收神经递质。
随着脂酰辅酶A的补充，突触能量水平回升，神经元间通信基本恢复正常。在携带与HSP54相关人类突变的细胞中，相同治疗使ATP水平提升约80%，信号传输功能完全恢复。
研究还发现，缺乏DDHD2会导致数千种蛋白质过量或不足，破坏神经元内部精密平衡。这影响了从线粒体到负责蛋白质包装运输的高尔基体等所有细胞结构。提供脂酰辅酶A混合物纠正了超过70%的蛋白质异常，恢复了细胞内部运输系统的架构。
这些发现表明，脂肪补充的益处远超能量生产范畴——它还能重建蛋白质稳态和细胞形态，二者对神经元的健康与存活至关重要。
重新认识大脑能量经济
多年来教科书将大脑描述为严格的"糖分燃烧器"。本研究彻底颠覆了这一假设，揭示神经元高达五分之一的能量可能来自其自身制造的脂肪燃烧。当这一过程在HSP54等疾病中失效时，后果将波及细胞各个角落，从线粒体到突触无一幸免。
赫尔辛基大学论文高级作者朱塞佩·巴利斯特里里博士认为，该发现将为脑疾病治疗开辟新途径。"我们将继续开发非侵入性成像技术来观察大脑中的这一过程，"他表示，"这项发现不仅将改写教科书——更可能改变患者的生活。"
研究的实际意义
该发现重新定义了科学家对大脑代谢的理解，并为HSP54等罕见神经系统疾病开发新疗法提供了可能。若能安全地将脂酰辅酶A或其他化学物质递送至神经元，医生或可逆转能量生产障碍，阻止甚至逆转神经退行性病变。
这也可能推动研究探索脂肪代谢是否在阿尔茨海默病或帕金森病等更常见脑疾病中发挥作用。
通过安全增强大脑脂肪供能通路，科学家或许能开辟保护和修复神经系统的全新途径。研究成果已在线发表于《自然·代谢》期刊。
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