下丘腦神經(jīng)酰胺的失調(diào)與控制能量和葡萄糖穩(wěn)態(tài)的神經(jīng)元通路的破壞有關(guān)。然而，促進(jìn)肥胖癥神經(jīng)元脂毒性的特定神經(jīng)酰胺種類仍然不清楚。

基于此，2023年11月29日德國馬克斯·普朗克代謝研究所Jens C. Brüning研究團(tuán)隊(duì)在Nature communications雜志發(fā)表了“CerS6-dependent ceramide synthesis in hypothalamic neurons promotes ER/mitochondrial stress and impairs glucose homeostasis in obese mice”揭示了肥胖小鼠下丘腦神經(jīng)元中CerS6依賴的神經(jīng)酰胺合成促進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/線粒體應(yīng)激，損害葡萄糖穩(wěn)態(tài)。

在這里，作者發(fā)現(xiàn)在體外暴露于棕櫚酸鹽的培養(yǎng)下丘腦神經(jīng)元和肥胖小鼠的下丘腦中，產(chǎn)生C16：0的神經(jīng)酰胺合酶6（CerS6）的表達(dá)增加。下丘腦神經(jīng)元中CerS6的有條件缺失可以減弱高脂飲食（HFD）依賴性的體重增加，并改善葡萄糖代謝。具體來說，表達(dá)類固醇生成因子1（SF-1）的神經(jīng)元中CerS6的缺失改變了進(jìn)食行為，并減輕了HFD喂養(yǎng)對(duì)胰島素敏感性和葡萄糖耐量的負(fù)面代謝影響。表達(dá)前腦啡黑細(xì)胞促素皮促素（POMC）細(xì)胞選擇性缺失CerS6可以防止飲食誘導(dǎo)的線粒體形態(tài)的改變，并提高細(xì)胞對(duì)瘦素的敏感性。該研究揭示了CerS6衍生的神經(jīng)酰胺在下丘腦脂肪毒性、線粒體動(dòng)力學(xué)改變和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/線粒體應(yīng)激在肥胖患者食物攝入和糖代謝失調(diào)中的作用。

神經(jīng)酰胺已經(jīng)成為葡萄糖和能量穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)因子，為了研究肥胖患者的下丘腦中是否有特定的神經(jīng)酰胺物種被解除調(diào)控，作者通過實(shí)時(shí)定量PCR分析來自肥胖和糖尿病動(dòng)物模型的下丘腦提取物，評(píng)估了不同CerSs的mRNA表達(dá)。此外，分析了C57BL/6 N小鼠，這些小鼠已通過HFD喂養(yǎng)16周誘導(dǎo)肥胖和胰島素抵抗，或接受低脂對(duì)照飲食。飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠中CerS6轉(zhuǎn)錄水平的升高轉(zhuǎn)化為下丘腦CerS6蛋白表達(dá)的升高。與對(duì)照組相比，HFD喂養(yǎng)小鼠下丘腦中C16：0神經(jīng)酰胺和其他神經(jīng)酰胺、鞘磷脂和己基神經(jīng)酰胺的含量增加。在兩種關(guān)鍵的神經(jīng)酰胺物種中，下丘腦中的C16：0水平與動(dòng)物的體重呈正相關(guān)。考慮到下丘腦的細(xì)胞異質(zhì)性，分析了不同下丘腦細(xì)胞及其神經(jīng)酰胺產(chǎn)物在不同下丘腦細(xì)胞類型中的表達(dá)。從常規(guī)食物喂養(yǎng)的成年小鼠的下丘腦分離細(xì)胞和分離的神經(jīng)元和非神經(jīng)元細(xì)胞部分，然后對(duì)這兩個(gè)部分進(jìn)行神經(jīng)酰胺定量。為了進(jìn)一步揭示小鼠下丘腦中個(gè)體CerS基因的細(xì)胞類型特異性表達(dá)譜，測定了CerS1-6的轉(zhuǎn)錄水平。

CerS1和CerS3在所有下丘腦細(xì)胞簇中的表達(dá)水平相對(duì)較低。CerS2、CerS4和CerS5在幾種不同的細(xì)胞類型中均可檢測到表達(dá)，其中CerS2是在少突膠質(zhì)細(xì)胞中富集，CerS6轉(zhuǎn)錄本主要出現(xiàn)在神經(jīng)元簇中。這些觀察結(jié)果表明，與其他細(xì)胞類型相比，HFD喂養(yǎng)小鼠下丘腦中C16:0神經(jīng)酰胺水平和CerS6表達(dá)的增加主要是由于神經(jīng)元的調(diào)節(jié)，表明CerS6衍生的C16:0神經(jīng)酰胺在肥胖下丘腦神經(jīng)元中的關(guān)鍵作用。

作者試圖研究CerS6依賴的神經(jīng)酰胺形成在下丘腦神經(jīng)元在這些過程中的具體作用。為此，使用了胚胎小鼠-N43/5細(xì)胞系，該細(xì)胞系被廣泛用作模擬下丘腦神經(jīng)元生理學(xué)的體外系統(tǒng)。通過棕櫚酸鹽孵育使這些細(xì)胞的脂肪酸過量，反映了肥胖和代謝綜合征中下丘腦神經(jīng)元暴露的環(huán)境條件。CerS mRNA表達(dá)的測定顯示，N43/5細(xì)胞中棕櫚酸處理后CerS6轉(zhuǎn)錄本特異性增加，其他CerS mRNA仍未受影響，特別是CerS5。與CerS6表達(dá)升高相一致，棕櫚酸鹽暴露后C16：0神經(jīng)酰胺水平升高。在N43/5細(xì)胞中，敲除CerS6減弱了編碼xbox結(jié)合蛋白1的mRNA剪接的棕櫚酸鹽依賴性增加。剪接Xbp1編碼一種轉(zhuǎn)錄因子，促進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)未折疊蛋白反應(yīng)相關(guān)蛋白的表達(dá)，并已被證明將下丘腦神經(jīng)元的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與能量平衡和葡萄糖穩(wěn)態(tài)聯(lián)系起來。與Xbp1剪接減少一致，CerS6的缺失減弱了棕櫚酸誘導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激標(biāo)記基因Ddit3轉(zhuǎn)錄本的上調(diào)。棕櫚酸鹽誘導(dǎo)N43/5細(xì)胞的ER/線粒體應(yīng)激，而且導(dǎo)致平均線粒體縱橫比顯著下降，表明線粒體網(wǎng)絡(luò)更加分散。以上結(jié)果表明，棕櫚酸刺激CerS6依賴性C16:0神經(jīng)酰胺合成，從而促進(jìn)下丘腦神經(jīng)元中的ER/線粒體應(yīng)激和線粒體斷裂，同時(shí)降低線粒體生物能活性；這可能導(dǎo)致體內(nèi)下丘腦神經(jīng)元響應(yīng)脂肪酸過量而發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/線粒體可塑性和功能的改變，從而導(dǎo)致肥胖癥的負(fù)面代謝后果。

在CerS6ΔNkx2.1小鼠的大腦、肝臟和性腺白色脂肪組織中，CerS6的轉(zhuǎn)錄水平保持相似。同時(shí)，CerS1和CerS5在下丘腦中的表達(dá)保持不變，表明CerS6ΔNkx2.1小鼠的下丘腦CerS6的表達(dá)成功且有特異性的修飾。與對(duì)照組相比，隨著mRNA表達(dá)量的降低，CerS6ΔNkx2.1小鼠的下丘腦中CerS6蛋白水平明顯降低。為了研究飲食誘導(dǎo)肥胖發(fā)展過程中的代謝特征，CerS6ΔNkx2.1小鼠及其對(duì)照組小鼠在3周齡時(shí)開始接受HFD喂養(yǎng)，然后分析體重增加、肥胖、能量平衡和葡萄糖代謝。CerS6的缺失減弱了暴露于HFD的小鼠的體重增加，與對(duì)照組相比，HFD喂養(yǎng)的CerS6ΔNkx2.1小鼠的肥胖減少，CerS6ΔNkx2.1小鼠的肥胖減少可能是由于能量消耗的增加。此外，在葡萄糖耐量試驗(yàn)中，特別是CerS6ΔNkx2.1小鼠在夜間禁食后，表現(xiàn)出更好的胰島素敏感性和降低血糖水平的能力改善。這些代謝增強(qiáng)只能限于喂食HFD的小鼠，而正常飼料喂養(yǎng)的CerS6ΔNkx2.1小鼠沒有顯示出胰島素敏感性的變化，只有糖耐量改善的趨勢。這些數(shù)據(jù)表明，基因抑制小鼠下丘腦神經(jīng)元中CerS6依賴的神經(jīng)酰胺合成，可以減輕飲食誘導(dǎo)的肥胖和與肥胖相關(guān)的葡萄糖代謝損傷。

下丘腦神經(jīng)元中CerS6的缺失減輕了飲食誘導(dǎo)的肥胖和葡萄糖處理缺陷。作者接下來進(jìn)一步確定CerS6來源的神經(jīng)酰胺影響代謝控制的特定下丘腦神經(jīng)元群體?？紤]到VMH在這一過程中的關(guān)鍵作用，以及CerS6在VMH神經(jīng)元中的表達(dá)，研究依賴于CerS6的C16：0神經(jīng)酰胺合成是否會(huì)在VMH的代謝相關(guān)神經(jīng)元中發(fā)揮作用。對(duì)缺失CerS6的動(dòng)物及其對(duì)照組進(jìn)行了HFD喂養(yǎng)，沒有觀察到CerS6ΔSF-1雄性小鼠和對(duì)照組之間的體重增加和肥胖的顯著差異。與對(duì)照組相比，CerS6ΔSF-1雌性小鼠的肥胖發(fā)展減弱。由于下丘腦中神經(jīng)酰胺的積累與VMH中的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激有關(guān)，導(dǎo)致BAT生熱和能量消耗減少，作者進(jìn)行了間接量熱法測量來評(píng)估CerS6ΔSF-1的代謝率小鼠喂食HFD的雌性和雄性CerS6ΔSF-1小鼠在環(huán)境溫度下表現(xiàn)出適度的能量消耗增加趨勢。在暴露于6°C的溫度下，與對(duì)照組相比，雄性CerS6ΔSF-1小鼠的能量消耗明顯增加。CerS6ΔSF-1雄性的食物攝入量減少，而雌性的食物攝入量沒有減少。雖然SF-1神經(jīng)元中CerS6缺乏的雌性小鼠表現(xiàn)出肥胖的減少，但它們并沒有顯示出葡萄糖代謝的顯著改善。相比之下，雄性CerS6ΔSF-1小鼠的胰島素敏感性和葡萄糖耐量顯著增強(qiáng)。作者測量了HFD喂養(yǎng)的雄性和雌性小鼠的血清皮質(zhì)酮水平，在CerS6ΔSF-1動(dòng)物中沒有改變?？偟膩碚f，VMH中表達(dá)SF-1的神經(jīng)元中CerS6依賴的神經(jīng)酰胺合成控制著葡萄糖代謝。

綜上，該研究強(qiáng)調(diào)了?；滈L度神經(jīng)酰胺特異性調(diào)節(jié)下丘腦神經(jīng)元代謝穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵作用，CerS6在這一過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，這表明它參與了營養(yǎng)轉(zhuǎn)換過程中的食欲和代謝率控制。過量使用HFD會(huì)提高下丘腦中的CerS6和C16：0神經(jīng)酰胺的含量，導(dǎo)致全身葡萄糖代謝和能量平衡受損。靶向下丘腦中CerS6依賴的神經(jīng)酰胺合成為肥胖和糖尿病愈療提供了希望。

文章來源

https://doi.org/10.1038/s41467-023-42595-7

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