Los cambios en la glucólisis aeróbica cerebral reflejan patologías relacionadas con el envejecimiento en el Alzheimer


En un estudio reciente publicado en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Cienciaslos investigadores exploran la glucólisis aeróbica (AG) en el cerebro y su resistencia durante la enfermedad de Alzheimer (EA).

Estudio: glucólisis aeróbica cerebral y resiliencia en la enfermedad de Alzheimer.  Haber de imagen: Atthapon Raksthaput/Shutterstock.com

Estudiar: Glucólisis aeróbica cerebral y resiliencia en la enfermedad de Alzheimer. Haber de imagen: Atthapon Raksthaput/Shutterstock.com

El papel de la glucosa en el cerebro.

En un cerebro sano, la glucosa es la principal fuente de energía para la respiración mitocondrial. Sin embargo, una fracción de la ingesta de glucosa en reposo de los jóvenes supera lo que se podría predecir a partir de las tasas de consumo de oxígeno.

Algunos estudios indican que AG en el cerebro puede mejorar el crecimiento de neuritas, el aprendizaje, la mielinización, así como reducir el estrés oxidativo y la actividad microglial. Sin embargo, la función de este exceso de utilización de glucosa sigue siendo desconocida.

AD también afecta AG en el cerebro humano. De hecho, la EA temprana está relacionada con una gran disminución en las tasas de consumo de glucosa en comparación con un menor cambio en el consumo de oxígeno.

Sobre el estudio

En el presente estudio, los investigadores examinan el AG cerebral regional entre los pacientes con EA para cuantificar el AG, así como el metabolismo del oxígeno y la glucosa, en pacientes caracterizados además por imágenes de amiloide y pruebas cognitivas.

Del Centro de Investigación de la Enfermedad de Alzheimer Knight (ADRC) y la comunidad de la Universidad de Washington, se reclutaron un total de 285 personas entre 25 y 92 años de edad. Todos los individuos se sometieron a tomografía por emisión de positrones (PET) y resonancia magnética nuclear (RMN) para el registro, así como la segmentación de la estructura cerebral.

Los sujetos despiertos y con los ojos cerrados se sometieron a exploraciones PET con 8F-FDG, 15O-O2, 15O-HO2 y 15O-CO que posteriormente se procesaron para generar mapas regionales de AG (GI), la tasa metabólica cerebral de oxígeno (CMRO2), el flujo sanguíneo (CBF) y la tasa metabólica cerebral total de glucosa (CMRGlc). Además de obtener recuentos de radiactividad en sangre, se recogieron muestras venosas para medir la glucosa en plasma antes y a la mitad de la exploración.

Para cada evaluación PET y estimación metabólica (GI, CBF, CMRO2 y CMRGlc), se describió un “patrón juvenil” según su asociación con los valores regionales promedio. Estos valores reflejaron la materia gris evaluada en un conjunto de datos distinto pero reprocesado que constaba de un grupo de adultos jóvenes y sanos de entre 20 y 34 años de edad en la cohorte N33. La cohorte N33 se utilizó para determinar la tendencia juvenil relacionada con cada característica metabólica.

Además, la gravedad de las hiperintensidades de la sustancia blanca (WMH) se evaluó segmentando manualmente los umbrales de intensidad en regiones de alta intensidad de señal en exploraciones individuales de recuperación de inversión atenuada por fluido (FLAIR).

Hallazgos del estudio

Entre 2013 y 2021, se realizaron 353 PET metabólicos multitrazadores en 285 pacientes adultos. Para todas las métricas metabólicas, los jóvenes del grupo de estudio Aging Metabolism & Brain Resilience (AMBR) mantuvieron sus patrones juveniles. Este patrón juvenil varió con el aumento de la edad para todas las medidas metabólicas, con una creciente variabilidad interindividual entre las tendencias del metabolismo cerebral, particularmente para GI.

Al ajustar por el estado amiloide y la edad, el sexo femenino se asoció con un índice GI juvenil elevado. Este patrón también se observó en el índice CMRO2 juvenil, pero no en la misma medida para los índices CBF y CMRGlc juveniles.

Un estudio adicional reveló una interacción significativa entre el género y la edad, en la que el índice GI juvenil disminuyó más rápidamente para los hombres que para las mujeres a medida que envejecían. Teniendo en cuenta estos resultados, la edad y el sexo se incluyeron como factores en los análisis posteriores.

El deterioro cognitivo, que se determinó mediante la suma de cajas Clinical Dementia Rating® (CDR®), se asoció significativamente con el género masculino, la edad y la positividad de amiloide. Al controlar la edad, el sexo y el estado amiloide, el deterioro cognitivo también estuvo fuertemente relacionado con la reducción de los índices GI y CMRGlc en la juventud. Una reducción en el GI juvenil también se relacionó con la EA y el deterioro cognitivo en personas con amiloide positivo al ajustar por edad y género.

Ni los índices CBF ni CMRO2 juveniles se relacionaron significativamente con el deterioro cognitivo. Así, el deterioro cognitivo temprano parece estar relacionado con alteraciones específicas en la glucólisis.

La positividad de amiloide entre individuos cognitivamente intactos se correlacionó con un índice GI juvenil más alto. Este hallazgo indica que la retención de AG en las regiones glucolíticas típicas del cerebro juvenil se combinó con la detección de amiloide en el cerebro asintomático.

En las cortezas frontal superior, frontal media caudal, parietal superior, entorrinal y orbitofrontal medial, el índice GI disminuyó con la edad. Estas alteraciones relacionadas con la edad correspondieron a las localidades con mayor IG entre personas jóvenes y sanas.

El estado de AD también se relacionó con una disminución significativa del GI en las cortezas temporal inferior, frontal media rostral, parietal inferior, temporal media, precúnea y orbitofrontal lateral cuando se ajustaron la edad y el sexo.

Una WMH significativa se asoció con una disminución de la glucólisis total de la materia gris entre las personas mayores. Al controlar por edad, sexo y estado amiloide, los volúmenes globales de WMH se relacionaron significativamente con un índice GI juvenil más bajo.

Conclusiones

Los hallazgos del estudio mostraron que un patrón juvenil preservado/aumentado de AG cerebral está relacionado con una patología asintomática temprana de amiloide cerebral; sin embargo, la pérdida de esta tendencia indicó deterioro cognitivo en pacientes con EA. Se encontró que WMH era un factor que disminuía la AG de materia gris.

La investigación adicional sobre los métodos a través de los cuales se mantiene o se pierde AG en el cerebro envejecido podría descubrir nuevas vías para mejorar la resistencia del cerebro a la enfermedad.

Referencia de la revista:

  • Goyal, MS, Blazey, T., Metcalf, NV, et al. (2023). Glucólisis aeróbica cerebral y resiliencia en la enfermedad de Alzheimer. Actas de la Academia Nacional de Ciencias 120(7). doi:10.1073/pnas.2212256120



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