2025年5月30日，四川大學(xué)華西醫(yī)院麻醉科陳嬋教授和朱濤教授在Journal of Neuroinfl-ammation發(fā)表：Astrocyte-derived extracellular vesicular NFIA mediates obesity-associated cognitive impairment，揭示了星形膠質(zhì)細胞來源的細胞外囊泡NFIA介導(dǎo)肥胖相關(guān)的認知功能障礙。

肥胖相關(guān)認知功能下降在全球范圍內(nèi)的日益流行，已成為一項重大的公共衛(wèi)生挑戰(zhàn)。越來越多的研究證據(jù)表明，星形膠質(zhì)細胞來源的細胞外囊泡（ADEVs） 是神經(jīng)退行性疾病發(fā)病過程中的關(guān)鍵中介因子，使其成為潛在的治療靶點。然而，ADEVs在肥胖相關(guān)認知障礙病理機制中的具體作用尚不明確。作者通過給小鼠喂食60%高脂飲食（HFD）建立了肥胖小鼠模型，并通過一系列行為學(xué)實驗評估其認知功能。為了研究細胞外囊泡（EVs）的作用，在高脂飲食12周后的雄性小鼠中腹腔注射一種中性鞘磷脂酶-2（nSMase2）抑制劑GW4869以抑制EVs的分泌。通過對腦源性EVs進行全面的蛋白質(zhì)組測序分析，篩選出NFIA作為潛在的關(guān)鍵候選蛋白。隨后，作者開展了一系列體內(nèi)和體外實驗，驗證NFIA來源于星形膠質(zhì)細胞并能被神經(jīng)元攝取。此外，將高糖環(huán)境下原代培養(yǎng)的星形膠質(zhì)細胞所分泌的ADEVs分別給予野生型小鼠和原代培養(yǎng)神經(jīng)元，以驗證其介導(dǎo)作用。同時構(gòu)建了腺相關(guān)病毒特異性敲低星形膠質(zhì)細胞中的目標基因Nfia，以進一步驗證上述發(fā)現(xiàn)。在持續(xù)高脂飲食16周后，肥胖小鼠表現(xiàn)出顯著的認知功能障礙，而通過腹腔注射GW4869抑制依賴于神經(jīng)酰胺的EVs分泌后，這種認知障礙得到了明顯緩解。蛋白質(zhì)組分析顯示，肥胖小鼠腦源性EVs中NFIA蛋白表達顯著上調(diào)且主要來源于星形膠質(zhì)細胞。含有NFIA的ADEVs被證實可在體內(nèi)和體外特異性地積聚在海馬神經(jīng)元中。從高糖處理的原代星形膠質(zhì)細胞中分離出的ADEVs可顯著誘導(dǎo)健康成年小鼠出現(xiàn)認知功能下降，并導(dǎo)致原代神經(jīng)元突觸損傷。特異性敲低星形膠質(zhì)細胞中的Nfia基因后，肥胖小鼠的突觸功能得到改善，認知功能障礙也有所緩解。

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圖一 GW4869改善了小鼠中由肥胖引起認知功能障礙

為了探討長期高脂飲食對肥胖小鼠認知功能的影響，作者分別在經(jīng)過12周和16周高脂飲食處理的小鼠進行了Y迷宮、新物體識別、物體位置識別以及筑巢行為測試。通過葡萄糖耐受試驗、胰島素耐受試驗以及體重測量，確認了肥胖模型的成功建立。用于評估海馬依賴的空間學(xué)習(xí)與記憶能力的Y迷宮實驗顯示，在接受16周高脂飲食的小鼠中，自發(fā)交替率顯著低于對照組。新物體識別和物體位置識別實驗分別用于評估非空間和空間學(xué)習(xí)能力，結(jié)果顯示，接受16周高脂飲食的小鼠在物體身份識別和空間學(xué)習(xí)方面均表現(xiàn)出明顯受損。在曠場測試中未觀察到普通飲食組和高脂飲食組之間的總移動距離存在顯著差異。這表明，在高脂飲食組中觀察到的認知功能障礙可能并非由體重增加引起的運動缺陷所導(dǎo)致。此外，筑巢行為測試是日常生活活動能力的一個指標，已知其對海馬損傷和神經(jīng)退行性疾病高度敏感。在接受16周高脂飲食的小鼠中，筑巢質(zhì)量評分顯著降低?？傮w而言，這些結(jié)果表明，長期（16周）高脂飲食在肥胖小鼠中誘導(dǎo)了顯著的認知功能障礙。為了驗證細胞外囊泡是否介導(dǎo)了高脂飲食引起認知功能障礙，給予小鼠GW4869處理四周。GW4869是一種廣泛使用的細胞外囊泡分泌抑制劑。雖然GW4869處理對體重、葡萄糖耐受試驗中的血糖水平或曠場測試中的總移動距離沒有影響，但它顯著逆轉(zhuǎn)了高脂飲食引起認知功能損害。具體來說，GW4869的使用提高了新物體識別實驗和Y迷宮實驗中的識別指數(shù)和自發(fā)交替率。此外，與給予溶劑的高脂飲食小鼠相比，接受GW4869處理的小鼠在筑巢行為測試中表現(xiàn)出更強的筑巢能力。這些發(fā)現(xiàn)表明長期高脂飲食對肥胖小鼠的認知功能產(chǎn)生了有害影響，而細胞外囊泡在其中發(fā)揮了關(guān)鍵的中介作用。通過給予GW4869抑制細胞外囊泡的釋放，顯示出潛在的治療價值。

圖二 海馬星形膠質(zhì)細胞及其來源的細胞外囊泡中 NFIA 的上調(diào)表達

為了探討 NFIA 在高脂飲食誘導(dǎo)的認知功能障礙中的潛在作用，研究人員檢測了 NFIA 在大腦不同區(qū)域的表達情況。結(jié)果顯示，與正常飲食小鼠相比，高脂飲食小鼠的海馬體中 NFIA 水平顯著升高，尤其是在海馬 CA1 區(qū)域表現(xiàn)明顯。進一步分析發(fā)現(xiàn)，NFIA 的增加主要出現(xiàn)在 GFAP 標記的星形膠質(zhì)細胞和 MAP2 標記的神經(jīng)元中，而不是 Iba1 標記的小膠質(zhì)細胞。已有研究表明，NFIA 能夠調(diào)控成年大腦中星形膠質(zhì)細胞的形態(tài)和功能異質(zhì)性，但其是否參與高脂飲食引起的星形膠質(zhì)細胞反應(yīng)性變化仍有待明確。隨后，研究人員評估了 NFIA 表達上調(diào)對星形膠質(zhì)細胞反應(yīng)性的影響。三維形態(tài)學(xué)分析顯示，高脂飲食小鼠的星形膠質(zhì)細胞表現(xiàn)出典型的反應(yīng)性特征，包括突起更長、分支更多、末端點數(shù)增加等。為進一步驗證這一現(xiàn)象，研究使用不同濃度的葡萄糖處理原代星形膠質(zhì)細胞，發(fā)現(xiàn)高糖環(huán)境下 NFIA 的表達顯著上升。然而，在高糖處理的原代神經(jīng)元中并未觀察到 NFIA 表達的變化。此外，研究人員從原代星形膠質(zhì)細胞中提取了細胞外囊泡，并通過多種方法對其進行了鑒定。結(jié)果顯示，星形膠質(zhì)細胞來源的囊泡中 NFIA 含量在高糖條件下顯著增加。有趣的是，在去除囊泡的培養(yǎng)基中，NFIA 的表達同樣上調(diào)。這些數(shù)據(jù)提示，肥胖可能促使 NFIA 在星形膠質(zhì)細胞來源的囊泡中選擇性富集。

圖三 特異性敲低 Nfia 基因可減輕HFD小鼠的認知障礙

為了驗證 NFIA 在ADEVs中對認知功能的直接影響，研究人員將 rAAV-DIO-shRNA (NFIA) mCherry 和 rAAV-GfaABC1D-CRE 病毒注射到高脂飲食12周后的小鼠海馬中以特異性敲低星形膠質(zhì)細胞中的Nfia表達。免疫熒光染色結(jié)果顯示，與對照組相比，實驗組小鼠海馬中星形膠質(zhì)細胞的 NFIA 水平顯著降低。行為學(xué)測試顯示，病毒注射并未影響小鼠的體重和運動能力，但敲低 NFIA 的小鼠在多項認知行為測試中表現(xiàn)更佳，同時其海馬突觸功能也明顯改善。此外，Nfia 的特異性敲低還顯著緩解了突觸損傷。研究人員進一步分析了敲低 Nfia 基因?qū)π切文z質(zhì)細胞反應(yīng)性的影響。形態(tài)學(xué)定量分析表明，實驗組小鼠的星形膠質(zhì)細胞突起長度、分支數(shù)量及末端點數(shù)均顯著減少。這些結(jié)果表明，在高脂飲食小鼠中敲低星形膠質(zhì)細胞中的 Nfia 基因，能夠逆轉(zhuǎn)由 NFIA 引起的星形膠質(zhì)細胞反應(yīng)性增強。

圖四 特異性敲低Nfia基因在體外實驗中緩解了突觸損傷

為了進一步驗證 NFIA 在ADEVs中對突觸功能的調(diào)控作用，研究人員在高糖條件下培養(yǎng)的原代星形膠質(zhì)細胞中使用 shRNA 敲低 NFIA 表達。Western blot 結(jié)果證實，shRNA 能有效降低星形膠質(zhì)細胞及其分泌的 ADEVs 中的 NFIA 蛋白水平。實驗還顯示，shRNA 處理并未影響神經(jīng)元對 ADEVs 的攝取能力。與對照組相比，在敲低 NFIA 的 ADEVs 處理的神經(jīng)元中，突觸標記蛋白 SYN-1 的相對強度顯著增加。然而，在不含囊泡的培養(yǎng)基處理組中，三組之間的 SYN-1 強度沒有明顯差異。這些結(jié)果表明，NFIA是ADEVs中調(diào)控認知和突觸功能的關(guān)鍵候選蛋白。

綜上所述，研究首次提供了證據(jù)表明，在高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠中， ADEVs介導(dǎo)了 NFIA 的傳遞，促進了星形膠質(zhì)細胞向神經(jīng)元的信號交流從而導(dǎo)致了顯著的突觸損傷和隨后的認知功能障礙。這些發(fā)現(xiàn)強調(diào)了以 ADEVs 或其內(nèi)容物 NFIA 為靶點在緩解肥胖相關(guān)認知功能障礙中的潛在治療價值。

文章來源

https:///10.1186/s12974-025-03473-9