FASEB J. : Effects of spinal cord injury and repair on central nervous system

与常规代谢组学和代谢物浓度差异不同的是，大脑代谢动力学是描述神经元在短期内与神经活动与信号传递相关的一个变量，其原理如图1所示。代谢物在A和B两种状态下，总量虽然一致，但是其浓度变化率却存在着显著性差异，即B>A，也就是意味着状态B的神经元活性要明显强于状态A，这是仅靠代谢物浓度或者常规代谢组学策略无法实现的。本项目使用13C葡萄糖磁共振探针标记脑内神经递质技术，利用核磁共振波谱[1H-13C]NMR（Proton-observed carbon-edited NMR spectroscopy，POCE）检测[1-13C]葡萄糖在大鼠大脑各个脑区内各级代谢产物在固定时间内的13C富集率。与常规13C-NMR相比，对样品内13C标记物质的检测，POCE技术具有较高的分辨率和较快的检测时间。

图1 代谢动力学与代谢物浓度相关示意图本研究从代谢动力学角度深入剖析脊髓损伤对大脑各功能区域代谢信息的影响（见图2）。实验采用了13C同位素标记的代谢动力学研究技术，基于NMR来测量在大鼠在脊髓损伤急性和慢性期内，大脑各脑区代谢物浓度及代谢动力学的变化特征。结果发现，大鼠各脑区代谢物浓度无论在急性还是慢性期均存在很弱的组间差异。然而，不同的代谢物在急性期组多个脑区的代谢动力学均发生了显著变化，尤其是在皮质区域，丘脑和延髓。经过四周恢复后，部分产生变化脑区的代谢动力学也回归正常，如颞叶皮质，枕叶皮质和延髓。代谢动力学速率的变化揭示了大鼠在脊髓损伤后不同大脑区域的物质代谢和神经递质代谢发生了显著性改变，这为脊髓损伤影响大脑活动及葡萄糖代谢和利用率提供了事实依据，也显示了脊髓损伤对大脑功能具有一定程度的影响，为脊髓损伤的临床诊疗提供了理论依据。