高脂饮食诱导脑胆固醇酯过度积累和小胶质细胞功能障碍加剧 APPNL-G-F小鼠阿尔茨海默病病理

时间：2025年5月19日

来源：Molecular Neurobiology

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为探讨高脂饮食（HFD）与阿尔茨海默病（AD）关联机制，研究人员以 APPNL-G-F敲入 AD 模型小鼠为对象，发现 HFD 加速 Aβ 沉积、损害小胶质细胞功能，伴脑胆固醇酯（ChE）和脂质滴（LDs）积累。揭示 HFD 通过干扰脂质代谢促 AD 进展，具重要科学意义。

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）作为老年人群中最常见的神经退行性疾病，其特征性病理包括 β- 淀粉样蛋白（Aβ）斑块沉积、神经原纤维缠结以及进行性认知功能衰退。尽管流行病学研究早已指出高脂饮食（High-Fat Diet, HFD）诱导的肥胖是 AD 的风险因素，但其中的分子机制一直未被充分阐明。小胶质细胞作为大脑的固有免疫细胞，在 AD 病理中扮演着关键角色，它们通过吞噬 Aβ 肽并包裹松散的 Aβ 斑块，限制其扩散以减轻神经毒性。然而，小胶质细胞对代谢环境高度敏感，长期 HFD 如何改变大脑脂质环境并影响 AD 病理下小胶质细胞的表型和功能，仍是亟待解决的科学问题。

为了揭开这些谜团，日本东北大学（Tohoku University）的研究人员以携带瑞典（KM670/671 NL）和贝鲁特 / 伊比利亚（I716 F）突变的 APP^NL-G-F敲入 AD 模型小鼠为研究对象，开展了一项为期 9 至 27 周的 HFD 喂养实验，旨在探究 HFD 对 AD 病理和小胶质细胞功能的影响。该研究成果发表在《Molecular Neurobiology》杂志上，为理解 HFD 与 AD 的关联提供了新视角。

研究人员采用了多种关键技术方法：通过 Y 迷宫实验评估小鼠的空间记忆能力；运用免疫荧光染色（如 BAN50 标记 Aβ_1-16、IBA1 标记小胶质细胞）和硫代黄素 - S（Thioflavin-S）染色观察脑内 Aβ 斑块和小胶质细胞的分布与形态；利用流式细胞术检测小胶质细胞表面标志物 TREM2 的表达；借助脂代谢组学（LC-MS/MS）分析大脑皮质的脂质组成；在体外培养 MG6 小胶质细胞系，通过油酸（Oleic Acid, OA）处理模拟 HFD 环境，结合 RNA 测序和基因集富集分析（GSEA）探究基因表达变化。

研究结果

1. HFD 加速 Aβ 沉积并损害认知功能

HFD 喂养的 APP^NL-G-F小鼠在 9 周时体重显著高于正常饮食（ND）组，27 周时血清总胆固醇水平升高。组织病理学显示，HFD 组小鼠的体感皮层和海马区 Aβ 斑块面积随时间显著增加，且神经突起 dystrophy（LAMP1⁺区域与 BAN50⁺区域比值升高）更为严重。Y 迷宫实验表明，HFD 组小鼠的空间记忆能力（自发交替百分比）显著下降，而自发活动水平不受影响。

2. HFD 减少小胶质细胞向斑块的募集并抑制致密核心斑块形成

免疫荧光分析发现，HFD 喂养 17 周和 27 周的小鼠，其皮层和海马区 Aβ 斑块周围的 IBA1⁺小胶质细胞数量显著减少。硫代黄素 - S 染色显示，HFD 组致密核心斑块（Thioflavin-S⁺）数量减少，提示小胶质细胞对斑块的包裹和压实功能受损，导致 Aβ 斑块扩散加剧。

3. HFD 诱导脑内胆固醇酯积累和小胶质细胞脂质滴过载

脂代谢组学分析显示，HFD 与 AD 病理协同作用，显著增加大脑皮质中胆固醇酯（Cholesterol Esters, ChE）的比例，且 APP^NL-G-F基因敲入与 HFD 对 ChE 积累存在交互效应。BODIPY 染色发现，HFD 组小鼠皮层小胶质细胞内脂质滴（Lipid Droplets, LDs）体积显著增加，分离的小胶质细胞中 ChE 水平升高，而总胆固醇和游离胆固醇无明显变化，表明 HFD 导致小胶质细胞内 ChE 以 LDs 形式储存。

4. 油酸通过抑制胆固醇外流和吞噬相关基因损害小胶质细胞功能

体外实验表明，HFD 中主要成分油酸（OA）可诱导 MG6 细胞 LDs 积累，并呈时间依赖性抑制 Aβ 吞噬能力。ACAT 抑制剂（Sandoz 58–035）可减少 ChE 合成，逆转 OA 诱导的 LDs 过载和吞噬功能障碍。RNA 测序和 GSEA 显示，OA 处理下调胆固醇外流（GOBP_CHOLESTEROL_EFFLUX）、吞噬（GOBP_PHAGOCYTOSIS）和 engulfment（GOBP_PHAGOCYTOSIS_ENGULFMENT）相关基因集，其中包括 AD 风险基因 TREM2。流式细胞术和 RT-qPCR 证实，OA 处理和 HFD 喂养均显著降低小胶质细胞中 TREM2 的表达，同时下调脂蛋白脂肪酶（LPL）等疾病相关小胶质细胞（DAM）标志物。

研究结论与意义

本研究揭示了长期 HFD 通过诱导脑内 ChE 过度积累，导致小胶质细胞 LDs 过载，进而抑制其向 Aβ 斑块的募集和吞噬功能，最终加速 AD 病理进展的机制。关键发现包括：① HFD 与 AD 病理协同增加脑内 ChE，干扰小胶质细胞脂质代谢；② 油酸作为 HFD 主要成分，通过 ACAT 依赖的 ChE 合成途径损害小胶质细胞功能；③ TREM2 表达下调可能是连接脂质代谢异常与小胶质细胞功能障碍的关键环节。

该研究不仅为 “高脂饮食 - 脂质代谢 - 小胶质细胞 - AD” 的病理链条提供了直接证据，还提示调控脑内胆固醇酯代谢或靶向 TREM2 通路可能成为 AD 防治的新策略。此外，研究采用的 APP^NL-G-F敲入模型更贴近人类 AD 病理，避免了传统转基因模型的过度表达缺陷，增强了结果的临床转化价值。未来进一步探索胆固醇外流调控和小胶质细胞代谢重编程，有望为 AD 的早期干预和治疗开辟新方向。