2022年7月，中科院遗传发育所、中科院生物物理研究所、中科脂典的相关研究人员在《National Science Review》（IF: 23.2）上发表了题为“Endogenous ceramide phosphoethanolamine modulates circadian rhythm via neural-glial coupling in Drosophila”的研究论文，通过系统地调控与神经酰胺磷酸乙醇胺（CPE）生物合成和代谢有关基因的表达，通过多组学及遗传筛选等手段，探究并解析了果蝇神经胶质细胞中鞘磷脂含量在调节果蝇生物节律和寿命中的作用和机制。
- 质膜神经酰胺磷酸乙醇胺 (CPE) 在神经胶质细胞中的特异性缺乏会导致果蝇节律失常和寿命缩短。
- 胶质细胞特异性cpes过表达增加CPE含量，果蝇寿命延长30%。
- 多组学分析揭示CPE的减少通过异常的神经胶质谷氨酸信号传导并破坏果蝇的昼夜节律。
- 在CPE合酶cpes1突变背景下的节律失常运动可通过恢复内源性鞘磷脂（CPE或SM）来挽救。
生物钟控制了代谢、进食-禁食周期以及睡眠-觉醒活动的日常波动，并在衰老和各种代谢疾病中发挥关键作用。细胞代谢与生物钟密切相关，大量内源性代谢物被证明表现出昼夜节律性振荡。虽然生物钟会引导代谢过程，从而导致代谢物出现节律模式，但内源性代谢物的振荡模式也可能是细胞行为和代谢的昼夜调节的基础。
研究人员首先通过CRISPR/Cas9构建与果蝇CPE生物合成和代谢有关的各种基因突变体，结合果蝇体内负责大部分CPE产生的神经酰胺磷酸乙醇胺合酶(CPES)的基因操纵表达，明确了CPE会影响昼夜节律的维持，发现CPE缺乏会导致节律失常的行为并缩短寿命，而增加CPE则恢复果蝇节律并大大延长其寿命。
cpes调节果蝇的自发性活动
接着，研究人员探究了CPE介导果蝇昼夜节律调节的组织特异性，发现神经胶质细胞中的CPE水平降低是导致cpes1突变体节律失常性活动的原因，由CPE缺乏引起的神经胶质异常不仅导致昼夜节律行为异常，还会对寿命和衰老产生影响。
cpes突变体中自发运动节律的破坏由神经胶质细胞介导
果蝇中ceps敲低和过表达的相关数据分析
果蝇的神经胶质细胞可分为皮质神经胶质细胞、神经周围胶质细胞等五个主要亚型，研究人员进一步探究了负责节律失常活动的特定神经胶质亚型，发现星形胶质细胞样神经胶质细胞(ALG)的CPE水平降低是cpes突变体昼夜节律紊乱的基础。神经胶质细胞中的cpes敲降改变了节律基因的分子振荡，cpes1突变体的节律失常和受损的神经胶质表型取决于CPES的催化活性。进一步探究表明，CPE（而非神经酰胺）的质膜耗竭是节律失常的基础。
星形胶质细胞（ALG）的CPE减少是cpes突变体昼夜节律中断的基础随后，研究人员采用了基于蛋白质组学的研究方法探究胶质特异性CPE敲除模型中节律失常的关键分子驱动因素。通过比较蛋白组学结果发现，由Na+/Ka+依赖性兴奋性氨基酸转运体EAAT1介导的谷氨酸兴奋毒性对cpes-RNAi果蝇节律具有潜在作用。cpes敲除果蝇的大脑存在氧化应激升高、线粒体电子传递链功能受损以及通过内肽酶作用导致的蛋白质水解升高。线粒体应激和氧化还原失衡是谷氨酸兴奋毒性的特征。胶质细胞谷氨酸转运体EAAT1的活性可能是通过调节细胞外突触环境协调果蝇昼夜活动节律的基础，该转运体通过将谷氨酸从突触间隙的摄取和清除与Na+/Ka+ATP酶泵（Nrv2）的作用结合起来。代谢组学研究显示，胶质细胞特异性敲降CPE果蝇大脑中发现大量嘌呤（如腺苷）和氨基酸代谢相关物质（如犬尿氨酸）显著增加，细胞外嘌呤释放可能有助于调节谷氨酸突触前释放，而犬尿氨酸作为谷氨酸拮抗剂，其增加可能意味着代偿性反应，以防止谷氨酸诱导的兴奋性毒性损伤。
蛋白质组学和代谢组学揭示特异性敲除ceps的神经胶质细胞突触谷氨酸稳态受到干扰
最后，研究人员进行了广泛的遗传筛选以验证差异表达蛋白(DEP)在昼夜节律调节中的作用，发现果蝇节律异常活动的跨突触调节失调主要归因于异常的谷氨酸信号和谷氨酸消耗的改变，CPE的减少导致异常的神经胶质谷氨酸信号传导并破坏了昼夜节律，该信号依赖于CPE的内源丰度，在cpes1突变背景下的节律失常运动可以通过表达各自的合酶来恢复内源性鞘磷脂（CPE或SM）来挽救。综上所述，该研究指出质膜CPE在调节果蝇昼夜行为中起着至关重要的作用，主要通过神经胶质细胞偶联调节突触谷氨酸稳态，膜脂的功能性区域特异性升高有利于昼夜节律调节和延长寿命。
神经胶质特异性cpes敲除下异常突触前谷氨酸信号传导的示意图模型
该研究得到了国家自然科学基金重大研究计划 “糖脂代谢的时空网络调控”、科技部重点研发计划的资助，税光厚研究员和中科脂典技术总监Lam Sin Man博士为本文共同通讯作者。
