A unidade neurovascular (UNV) é fundamental para o funcionamento do cérebro, integrando neurônios, astrócitos e vasos sanguíneos. Esses componentes trabalham de forma coordenada para manter a homeostase cerebral. A interação entre astrócitos e neurônios é particularmente importante para a regulação do metabolismo energético, um processo que se torna ainda mais complexo em condições patológicas. Este texto explora como a compartimentalização metabólica entre essas células ocorre em condições normais e em doenças neurológicas.
Compartimento metabólico de glicose entre astróglia e neurônios na unidade neurovascular (NVU). Astróglias são interpostas entre microvasos e sinapses neuronais, formando a NVU. A glicose fornecida de fora do cérebro pode ser transportada e utilizada tanto pelas astróglias quanto pelos neurônios (linhas vermelhas). A utilização de glicose por astróglia cultivada (2–3 pmol/μg de proteína: linha vermelha) é duas vezes maior do que em neurônios (1 pmol/μg de proteína: linha vermelha tracejada).
① Na+,K+-ATPase. ② Transportador de glicose 1 (GLUT1). ③ Transportador de glicose 3 (GLUT3). ④ Transportador de monocarboxilato 1 (MCT1) e MCT4 (forma astrocítica). ⑤ MCT2 (forma neuronal). ⑥ Transportador do sistema N (forma astrocítica). ⑦ Transportador do sistema A (forma neuronal). ⑧ Transportador de glutamato dependente de Na+-1 (GLT-1) e transportador de glutamato aspartato (GLAST). ⑨ Proteína de ligação a ácidos graxos (FABP). (Takahashi, 2020)
O Papel dos Astrócitos e Neurônios no Metabolismo
Astrócitos: Células gliais que desempenham múltiplas funções de suporte, incluindo o fornecimento de substratos metabólicos para os neurônios. Eles participam da captação de glicose e glutamina e na produção de lactato, que é usado pelos neurônios para gerar energia.
Astrócitos produzem lactato mesmo sob condições normóxicas (glicólise aeróbica). O lactato, então, serve como um substrato de energia para os neurônios (hipótese do vaivém do lactato astrócito-neurônio, ANLSH).
A ativação neuronal induz a liberação de glutamato do terminal nervoso pré-sináptico; o glutamato é então absorvido pela astróglia, e essa absorção, por sua vez, acelera o consumo de glicose, levando a uma liberação adicional de lactato.
Neurônios: Dependem de um fornecimento constante de energia, especialmente glicose e oxigênio. Embora possam usar lactato produzido pelos astrócitos, a maior parte da energia neuronal é gerada pela respiração celular.
Compartimentalização Metabólica Fisiológica Em condições normais, astrócitos e neurônios compartilham e regulam os recursos energéticos de forma eficiente:
Glicose e Lactato: Os astrócitos captam glicose da corrente sanguínea e convertem-na em lactato, que é transferido para os neurônios. Esse lactato é utilizado pelos neurônios como uma fonte rápida e eficiente de energia.
Comunicação Bidirecional: A troca de metabólitos e sinais entre astrócitos e neurônios é essencial para o funcionamento cerebral, permitindo uma resposta rápida a mudanças nas necessidades energéticas.
Os depósitos de glicogênio na astroglia são uma fonte potencial para a produção de lactato. Uma enzima específica da astroglia, a glicogênio fosforilase, degrada os depósitos de glicogênio na astroglia. Além da glicose-6-fosfato derivada da glicose (seta rosa), a glicose-1-fosfato derivada do glicogênio (seta verde) é metabolizada em uma via glicolítica, produzindo lactato.
Alterações Metabólicas em Condições Patofisiológicas Em várias doenças neurológicas, como acidente vascular cerebral (AVC), Alzheimer e esclerose múltipla, essa compartimentalização metabólica é perturbada:
Acidente Vascular Cerebral (AVC): A interrupção do fluxo sanguíneo afeta a entrega de glicose e oxigênio aos neurônios, alterando a função dos astrócitos e comprometendo a produção de lactato. Isso resulta em disfunção neuronal e morte celular.
Doenças Neurodegenerativas (Ex: Alzheimer): A deficiência na função dos astrócitos pode levar a um desequilíbrio nos metabólitos cerebrais, exacerbando o dano neuronal e a progressão da doença.
Esclerose Múltipla: A desmielinização afeta as trocas metabólicas entre neurônios e astrócitos, prejudicando a capacidade de gerar energia de forma eficiente.
Corpos cetônicos (CC) produzidos pela astróglia servem como substratos de energia para os neurônios em condições de perturbação patofisiológica. Ácidos graxos fornecidos pelo sangue são transportados para a astróglia no cérebro, gerando CC; esses CC podem alimentar neurônios como um substrato do ciclo do ácido tricarboxílico (TCA) (linha vermelha).
① Na+,K+‐ATPase. ② Transportador de glicose 1 (GLUT1). ③ Transportador de glicose 3 (GLUT3). ④ Transportadores de monocarboxilato 1 (MCT1) e MCT4 (forma astrocítica). ⑤ MCT2 (forma neuronal). ⑥ Transportador do sistema N (forma astrocítica). ⑦ Transportador do sistema A (forma neuronal). ⑧ Transportador de glutamato dependente de Na+‐1 (GLT‐1) e transportador de glutamato aspartato (GLAST). ⑨ Proteína de ligação a ácidos graxos (FABP).
A interação metabólica entre astrócitos e neurônios é um processo dinâmico essencial para a saúde cerebral. No Alzheimer, a capacidade de uso de glicose pelo cérebro cai bastante e a contribuição das cetonas precisa aumentar.
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