在中枢神经系统中，脑内神经元或者胶质细胞异常活动时对能量需求量增加，而脑内能量储存有限导致能量需求和供给出现失衡，从而导致神经元细胞内离子失衡、凋亡和不可逆死亡等一系列病理性变化和功能紊乱。星形胶质细胞通过调控中枢神经系统的能量需求和供给平衡，潜在保护神经元，其对于神经元的功能发挥与转归生存起到决定性作用。　　星形胶质细胞能量供给的主要来源是葡萄糖代谢和糖原分解。在中枢神经系统中，重要的能量底物之一葡萄糖主要依赖于脑部血供，而且在神经元和星形胶质细胞中也有分布，而另一重要能量底物糖原只局限性地分布在星形胶质细胞中。糖原分解和葡萄糖分解的过程中产生相同的中间产物葡萄糖-6-磷酸，然而两者的葡萄糖-6-磷酸去向却不完全相同，葡萄糖在消耗1分子ATP磷酸化和关键酶己糖激酶催化下生成的葡萄糖-6-磷酸主要转化为丙酮酸，进入三羧酸循环的有氧代谢和无氧酵解;糖原在糖原磷酸化酶作用下生成的葡萄糖-6-磷酸主要转化为葡萄糖，补充葡萄糖的含量不足。传统研究理论认为糖原只是脑内能量的储存形式，只有在葡萄糖等主要能量底物出现耗竭时才启动糖原分解，糖原非还原端经连续水解提供维持葡萄糖含量恒定或者补充葡萄糖含量的不足。但是糖原生成的葡萄糖-6-磷酸也可直接进入三羧酸循环的有氧代谢和无氧酵解，提供能量支持。然而糖原不转化成葡萄糖，而直接进入有氧代谢和无氧酵解的主要激活因素尚不清楚。　　Swanson曾于1992年率先报道星形胶质细胞的糖原分解直接参与应激提供能量支持。应激过程中所需能量急剧增加，糖原以葡萄糖-6-磷酸进入有氧代谢供能，可能与糖原分解具有瞬间启动和连续分解优势相关，因此优于葡萄糖而在应激发生时被选择利用，然而激活糖原分解的机制尚不明确。另有研究报道星形胶质细胞的糖原分解在长期记忆形成和谷氨酸合成中起到重要作用。糖原分解以葡萄糖-6-磷酸形式直接进入有氧代谢和无氧酵解，与葡萄糖相比具有明显优势，瞬间启动，连续分解，高敏感性和高ATP生成量等。糖原的重要角色可能如同星形胶质细胞在早期研究被忽略一般，因此，大胆地提出推测:糖原分解可能对星形胶质细胞的信号传导起着至关重要的作用。　　中枢神经系统神经元正常发挥功能的重要前提是维持微环境的K+稳态。K+作为中枢神经系统重要的阳离子，存在一定的不同程度的浓度波动。其中，神经元过度兴奋产生变化幅度略小的生理性K+升高，约3-8 mM;当脑部出现缺血缺氧等严重的病理性疾病时，常伴随大幅度的病理性K+显著性升高，大于8mM，甚至高达50 mM。星形胶质细胞调控微环境K+稳态，快速摄取细胞外多余的K+，缩短神经元超极化时程，恢复神经元的接受下一个脉冲的兴奋性，潜在保护神经元，有助于恢复大脑的正常功能。中枢神经系统的细胞外生理性高K+激活的K+摄取入细胞内，主要依赖于星形胶质细胞的Na+，K+-ATP酶，而非神经元的Na+，K+-ATP酶作用。分析此时为何神经元的Na+，K+-ATP酶无K+摄取作用，从激活Na+，K+-ATP酶需要同时满足的三个条件考虑，其可能原因是神经元和星形胶质细胞Na+，K+-ATP酶的离子亲和力和受离子调控条件完全不同，但是最主要在于供能ATP上的差异在于脑内的糖原只分布在星形胶质细胞中，而神经元内无糖原分布。因此，糖原分解可能作用于星形胶质细胞摄取细胞外生理性高K+。中枢神经系统细胞外病理性高K+激活Na+，K+-ATP酶，其介导2个K+内流和3个Na+外流造成细胞外同时高钾和高钠的高渗性的离子梯度，继而激活了同向转运离子入细胞内的钠钾氯共转运蛋白(Na+-K+-2Cl-cotransporter1，NKCC1)及其相关通路。前期研究证实其信号转导通路主要是病理性高K+致星形胶质细胞去极化，活化L-型钙通道造成钙离子内流，激活金属蛋白酶ADAM17释放HB-EGF，与细胞膜上的EGFR结合激活Ras/Raf/MEK/ERK1/2经典MAPK通路，ERK1/2直接激活或者通过WNT间接激活NKCC1。活化的NKCC1同向摄取Na+，K+，Cl-进入细胞内，且伴随着水分子进入细胞内导致细胞水肿。病理性高K+所需能量是否与生理性高K+能量代谢情况一致，以及是否存在葡萄糖代谢和糖原分解的选择性问题还尚不清楚。　　此外，中枢神经系统的神经递质具有一定激活糖原分解效应，其可能两个主要原因:神经递质可以直接激活糖原分解的磷酸酶/磷酸激酶通路系统;神经递质可以激活依赖于糖原分解的信号转导通路从而激活糖原分解。神经递质激活ATP释放是否依赖于其激活的糖原分解供能，目前国内外相关报道甚少，有待于进一步研究证实糖原分解在ATP释放中的作用及其机制。　　深入研究糖原分解在星形胶质细胞调节K+稳态和ATP释放中的作用，有助于为脑部能量相关疾病的诊断、治疗和预防研究提供一条新途径。星形胶质细胞信号转导通路与糖原分解密切相关，但其涉及的具体分子作用机制尚不清楚。因此本课题旨在证实糖原分解是星形胶质细胞的信号传导的重要能量来源，深入探讨糖原分解在星形胶质细胞高K+激活的K+稳态调节和神经递质激活ATP释放中的作用机制及其分子机制。　　方法：　　采用原代培养的小鼠星形胶质细胞。用dBcAMP处理细胞1周后，①模拟生理性高K+和病理性高K+，使用糖原分解抑制剂DAB处理，和/或IP3受体抑制剂，和/或钠离子通道抑制剂，或者采用siRNA方法沉默解聚素金属蛋白酶ADAM17基因后，检测星形胶质细胞摄取K+活性变化，ERK1/2磷酸化水平，细胞内Ca2+水平变化;②神经递质谷氨酸、腺苷、GABA、高K+，使用糖原分解抑制剂DAB处理，或IP3受体抑制剂，或L-钙通道抑制剂，或EGF受体抑制剂，或金属蛋白酶抑制剂，或GluK2抑制剂，或MEK抑制剂U0126，采用荧光素酶法检测星形胶质细胞释放ATP以及糖原分解变化。使用SPSS12.0软件进行统计学分析，多组资料用one-way ANOVA方法进行比较，P＜0.05表示差异具有统计学意义。　　结果：　　1、高K+依赖于糖原分解激活星形胶质细胞摄取K+　　生理性高K+（即+5mMK+)介导星形胶质细胞摄取K+能力增高。在含有10mM葡萄糖的等渗液中，应用糖原分解抑制剂DAB仍能明显抑制+5mMK+引起的细胞内K+浓度的升高。表明此摄取过程是糖原分解依赖性。IP3受体抑制剂Xestospongin和钠离子通道抑制剂阿咪洛利具有抑制效应，表明激活糖原分解摄取K+与升高细胞内钙离子和钠离子密切相关。　　2、细胞外高Na+状态下的差异性　　Na+/H+交换体抑制剂monensin与DAB共同作用是部分抑制+5 mMK+引起的细胞内K+升高。10 mM丙酮酸钠和氯化钠具有相似的K+回升效应，表明细胞内高Na+足以激活Na+，K+-ATP酶的情况下，其消耗的能量依赖于葡萄糖的代谢提供的ATP，与单纯性细胞外生理性高K+情况存在明显差异性。　　3、病理性高K+激活的糖原依赖性和钙钠通道特异性　　病理性高K+提高细胞内K+幅度约为+5 mMK+升高幅度的2-3倍，表明其为Na+, K+-ATP酶和NKCC1协同作用的结果。且依赖于糖原分解以及与细胞内Ca2+密切相关，但细胞内高Na+仅能恢复激活Na+，K+-ATP酶活性，而对NKCC1无效。　　4、哇巴因与生理性高K+具有相似的激活ERK1/2磷酸化信号通路效应　　哇巴因介导的ERK1/2磷酸化受EGF受体抑制剂AG1478，而金属蛋白酶抑制剂GM6001无法抑制。+5mMK+和+10 mM K+不同程度地增高ERK1/2磷酸化水平。且+5 mMK+激活效应同哇巴因激活效应相同，均属于激活Na+，K-ATP酶的信号转导通路。且其通路中部分信号转导因子同样参与到+10 mM K+激活NKCC1的信号转导通路中;然而IP3选择性仅参与哇巴因类激活的相关通路。　　5、Ca2+与糖原分解在介导哇巴因类信号转导通路中密切相关　　+5mMK+明显提升细胞内游离Ca2+浓度，且糖原分解抑制剂DAB能抑制游离Ca2+水平升高的效应，表明糖原作为特殊的能量底物为+5 mMK+激活Na+，K+-ATP酶信号转导通路提供能量支持，且与Ca2+密切相关。　　6、神经递质和高K+依赖于糖原分解激活ATP释放　　谷氨酸、腺苷、GABA和高K+明显激活星形胶质细胞释放ATP，且糖原分解抑制剂DAB能抑制ATP释放增加的效应，表明糖原分解是神经递质和高K+激活ATP释放的重要的能量来源。　　讨论：　　本课题目前实验结果证实高K+和多种神经递质可激活星形胶质细胞的糖原分解，且糖原分解在细胞外生理性高K+介导Na+，K+-ATP酶以及病理性高K+共同介导Na+，K+-ATP酶和NKCC1的信号转导通路中发挥重要作用，深入探讨得知与细胞内钠离子和钙离子浓度和通道开放密切相关，+5 mMK+介导哇巴因类摄取钠内流从而激活Na+，K+-ATP酶细胞内钠离子活化位点，且依赖于细胞内钙离子浓度升高。另有研究糖原分解参与谷氨酸合成过程，维持谷氨酸含量。在胰腺癌中发现肿瘤细胞的过度增殖和侵袭由糖原分解提供能量代谢，其过程也证实并非全部依赖于血糖提供能量。糖原作为能量底物为肿瘤的发生和增殖的部分信号转导通路提供相应的能量支持。　　模拟生理性高K+和病理性高K+介导Na+，K+-ATP酶和NKCC1通路中都存在激活ERK1/2的磷酸化。本课题中采用的哇巴因，是一种nM级低浓度激活Na+，K+-ATP酶的内源性神经递质。研究哇巴因相关信号转导通路主要是为了证实+5mMK+介导激活Na+，K+-ATP酶的相关特异性受体和离子通道，以及糖原作为能量底物为+5 mMK+介导激活Na+，K+-ATP酶提供能量支持。应用IP3受体特异性抑制剂完全抑制+5mMK+激活p-ERK1/2，表明IP3受体选择性参与激活哇巴因信号转导通路，且未参与到+10mMK激活NKCC1通路中。此外，30nM哇巴因和+5 mMK+激活p-ERK1/2水平受抑制效果证实Src和EGF受体共同参与活化Na+，K+-ATP酶通路中。Ca2+可能并非直接作用于糖原，以Ca2+/钙调蛋白结合糖原磷酸酶激酶的亚基，活化糖原磷酸化酶/激酶系统激活糖原分解，此作用方式与β肾上腺素活化的cAMP相似。　　本课题通过实验数据证实在细胞外内环境出现生理性高K+和病理性高K+时，星形胶质细胞介导Na+，K+-ATP酶和NKCC1摄取K+入细胞内，有助于暂时性恢复神经系统外环境的K+稳态，但是星形胶质细胞只是暂时性摄取K+蓄积，细胞内K+浓度上升持续时间很短，继而K+释放到细胞外，神经元通过钾离子通道再摄取K+，有助于恢复神经元构成正常的静息电位和兴奋性。由于星形胶质细胞依赖于高K+激活的糖原分解摄取K+过程，在非应激状态无法激活糖原分解，导致星形胶质细胞无法参与正常稳态K+的摄取，即非应激状态维持K+稳态水平和调节神经系统的兴奋性的K+持续摄取和释放，可能直接由神经元在葡萄糖作为能量底物供能下完成。　　结论：　　在原代培养星形胶质细胞中，糖原分解是星形胶质细胞调节K+稳态和ATP释放的重要能量来源。糖原分解为星形胶质细胞快速摄取细胞外高K+提供能量，且糖原分解由高K+所激活。高K+激活糖原分解的信号通路是生理性高K+介导星形胶质细胞Src活化EGFR受体后，分别通过Ras/Raf/MEK/ERK1/2和PLC/PIP2/IP3/Ca2+两条不同信号转导通路，而病理性高K+介导Na+，K+-ATP酶基础上协同活化L-钙通道/ADAM17/EGFR间接激活/Ras/Raf/MEK/ERK1/2激活糖原分解。糖原分解依赖于细胞内游离Ca2+增加，且首次证实ERK1/2直接激活糖原分解酶联系统。