Cell Metabolism：脂质信号牵动大脑：从饥饿感到进食行为的背后机制
2025年5月，哥伦比亚大学等单位的研究人员在《Cell Metabolism》（IF: 27.7）上发表了题为“Endoplasmic reticulum Nogo drives AgRP neuronal activation and feeding behavior”的研究论文，结果表明，Nogo-A通过控制线粒体功能和细胞脂质代谢，驱动AgRP神经元活动及相关进食行为。
亮点概述：
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禁食会减少下丘脑鞘脂的从头合成。
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禁食期间AgRP神经元中Nogo-A的表达增加。
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Nogo-A调节内质网-线粒体界面、线粒体动力学和鞘脂水平。
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饮食诱导的肥胖会降低AgRP神经元中的Nogo-A水平，并增加神经酰胺水平。
脂肪酸代谢在调节新陈代谢中起着关键作用。参与脂质转运、合成和利用的关键酶在大脑的许多区域都有表达，包括下丘脑。在下丘脑中，弓状核神经肽Y（NPY）和刺鼠关联肽（AgRP）的表达神经元调节进食行为和全身代谢。NPY/AgRP神经元内的胞内线粒体脂质代谢被认为是这些促进食欲的下丘脑神经元动作电位产生的关键驱动因素。下丘脑中的脂质感知有助于控制进食和全身代谢。然而，这种营养感知过程的机制尚不清楚。
研究人员使用过夜进食或禁食的小鼠内侧基底下丘脑（MBH）进行了脂质组学分析。在MBH中共检测到596 种脂质。脂质组学分析显示，脂质网络发生了显著变化，特别是在参与脂解、线粒体-内质网膜（MAM）相关脂质生物合成以及鞘脂从头合成的途径中。分析鞘脂发现，与进食状态相比，禁食状态下神经酰胺以及神经酰胺衍生的鞘脂均显著减少，包括鞘氨醇和1－磷酸鞘氨醇（S1P）、葡糖神经酰胺和乳糖神经酰胺。与这些数据一致的是，禁食小鼠的 AgRP 神经元中神经酰胺积累量相较于进食小鼠显著降低。接下来，通过受激拉曼散射（SRS）显微镜研究了NPY/AgRP 神经元中合成脂质的胞内分布情况。这种方法通过引入氘标记的棕榈酸（D-PA）作为 SRS 成像的微小且干扰极小的标记物，让研究人员能够直接观察新合成的脂质。将棕榈酸衍生脂质的 SRS 图像与内质网和线粒体标记物的荧光图像进行了关联。研究人员发现，在 SRS 图像中，棕榈酸衍生的脂质与内质网或线粒体标记物共定位。通过曼德尔斯重叠系数（Manders overlap coefficient）对脂质与内质网或线粒体标记物的重叠程度进行量化。研究发现，NPY 神经元中棕榈酸衍生脂质与内质网和线粒体的共定位，会因培养基中葡萄糖含量的不同存在显著差异。这表明新合成脂质的细胞定位在很大程度上受不同代谢状态下营养水平变化的影响。
进食和禁食状态下的内侧基底下丘脑脂质分析
鉴于脂质组学数据，接下来研究人员对进食（n = 11）和禁食（n = 9）的Rpl22fl/fl AgrpCre:ERT2小鼠的 AgRP 神经元中参与鞘脂从头合成途径和脂肪酸氧化的基因进行了实时荧光定量 PCR 分析，并使用针对 Nogo-A的特异性抗体（内质网膜蛋白 Nogo-A由网状蛋白 4（Rtn4）基因编码），评估了其在进食和禁食小鼠的AgRP 神经元中的免疫反应性，结果发现在禁食小鼠的 AgRP 神经元中，Nogo-A 的表达上调，与鞘脂从头合成相关酶的显著下调以及细胞内脂质转运和脂肪酸氧化关键酶的上调有关。最后为了评估在 AgRP 神经元中，Nogo-A 的诱导是否处于胃饥饿素（ghrelin）以及胃饥饿素依赖的 AMPK 激活的下游，研究人员分析了AgRP神经元中的Nogo-A对这些促食欲刺激的反应。结合线粒体形态的电子显微镜结果，研究人员发现在 AgRP 神经元中选择性敲除reticulon 4（Rtn4） 基因会影响禁食诱导的 DRP1 表达、线粒体分裂以及MAM的形成。这支持了 Nogo 和 DRP1 在线粒体与内质网相互作用中起关键作用的观点。在 AgRP 神经元中删除 Rtn4 基因会降低体重、胃饥饿素诱导的 AgRP 活性和食物摄入量，以及抑制禁食诱导的 AgRP 激活，同时神经酰胺水平会升高。为了验证关于 Nogo 通过抑制神经酰胺合成来调节 NPY/AgRP 功能的假设，研究人员在小鼠脑室内注射丝氨酸棕榈酰转移酶（SPT）的抑制剂霉酚酸，并评估了进食行为以及 NPY/AgRP 神经元的激活情况，最终证实Nogo 通过神经酰胺的从头合成来调节下丘脑 AgRP 神经元的激活以及进食行为。
进食状态和禁食状态下 AgRP 神经元中与脂肪酸代谢相关的基因表达水平的变化
为了评估Rtn4的作用以及AgRP神经元中脂质代谢的变化在饮食诱导的肥胖（DIO）中的情况，研究人员检测了高脂饮食（HFD）对Rtn4表达的影响，并对比HFD下Rtn4AgrpKO小鼠与对照小鼠的表型，发现HFD诱导的肥胖会导致AgRP神经元中Rtn4显著下调以及神经酰胺水平升高，表明Nogo在肥胖导致的 AgRP 功能失调中发挥作用。
标准饮食（SD）和HFD条件下AgRP神经元中Rtn4基因表达水平的变化
总之，该研究提供了直接证据，表明Nogo-A（一种此前被认为与大脑发育和突触可塑性相关的内质网蛋白）是AgRP神经元功能的关键调节因子，它通过抑制鞘脂的从头合成，以及上调脂肪酸氧化和线粒体功能来发挥作用，这进一步支持了脂质代谢在 AgRP 功能中所起的关键作用。针对Nogo 以及这条脂质代谢通路的治疗策略的开发，可能会推动代谢紊乱疾病成功治愈的进展。
