Nature Metabolism：神经脂质图谱：神经退行性疾病的脂质组学表征

为解析人脑细胞中的脂质变化，研究人员开发了一套标准化iPS细胞脂质组学分析流程，能够以细胞类型特异性方式定量检测16个不同类别中超过1000种脂质。随后采用全面的定量脂质组学分析，发现神经元细胞、星形胶质细胞和小胶质细胞呈现出独特的脂质谱。此外，研究人员将iPS细胞衍生的脑细胞脂质组学数据与已发表的原代小鼠脑组织细胞脂质谱进行比对。磷脂酰胆碱（PC）和磷脂酰乙醇胺（PE）在所有细胞类型中均是最丰富的脂质类别。与小鼠脑细胞一致，在神经元细胞中观察到相对最高的PC和PE，PC来源的溶血磷脂酰胆碱（LPC）和PE来源的溶血磷脂酰乙醇胺（LPE）在神经元细胞中含量最高。鞘磷脂（SMs）在小胶质细胞中含量丰富，在星形胶质细胞中含量较低，而在神经元细胞中含量极低，这与小鼠细胞相似。磷脂酰丝氨酸（PS）在小胶质细胞和星形胶质细胞中含量最高，而在神经元细胞中含量较低，而神经元细胞具有最高含量的神经酰胺（CERs）。与已发表的小鼠数据一致，甘油二酯（DG）在星形胶质细胞中最高，但与小鼠数据不符的是，小胶质细胞的DG相对较高，而磷脂酰甘油（PG）相对较低。在先前小鼠研究未测定的脂质类别中，发现甘油三酯（TGs）和游离脂肪酸（FAs）在小胶质细胞中含量最高。星形胶质细胞的CE储存量最高，这与星形胶质细胞作为其他脑细胞类型胆固醇供应者的功能相符。

人神经元细胞、星形胶质细胞和小胶质细胞的脂质谱

研究人员确定对照组和AD组在三个不同脑区的脂质组谱，选取了AD病理特征丰富的脑区（额叶皮质）和病理特征普遍较低的脑区（小脑）。此外，在额叶皮质内区分了灰质（髓鞘含量低）和白质（富含髓鞘）。发现脑部脂质组成存在显著区域差异，额叶皮质白质中CERs和SM含量较高，这与髓鞘中脂质富集的特性一致。相反，小脑和额叶皮质灰质中的磷脂和储存脂质（如CE和TG）含量相对较高。在类别层面，CEs在AD患者额叶皮质灰质和白质中显著上调，小脑中也呈现上升趋势。此外，其他中性脂质如TG（所有区域呈上升趋势）和DG（仅在额叶皮质白质中显著升高）在AD患者中均有增加。乳糖基神经酰胺（LacCERs）在AD额叶皮质白质中也显著升高。结合先前对AD患者的研究结果以及对人类AD脑组织的研究结果，强烈表明中性脂质（特别是CE）的积累是AD脂质组学特征的关键标志。

人（AD）脑脂质组学

星形胶质细胞高表达AD风险基因及胆固醇转运蛋白APOE。ApoE基因的常见变体ApoE4是AD的主要遗传风险因素，其可使AD风险增加3-4倍（杂合子）至14倍（纯合子），具体倍数因种族而异，而在神经病理学确诊病例中其报告的比值比更高。研究人员采用标准化iPS细胞脂质组学分析流程，对三对同源细胞系进行了脂质组学检测，发现在所有实验和细胞系中，均观察到CE水平呈现ApoE4依赖性升高。为探究功能性后果，研究人员对ApoE4型与ApoE3型星形胶质细胞（BIONi037和Kolf2.1J set1）进行了蛋白质组学和转录组学分析，分别在Kolf2.1J和BIONi037 ApoE4型星形胶质细胞中发现了348个和959个差异表达蛋白（DEPs）。随后重点分析了在两个ApoE4细胞系中均呈下调或上调的蛋白。通过富集分析（ORA），发现细胞黏附（如NCAM1相互作用和整合素细胞表面相互作用）及细胞外基质（ECM）相关通路（如胶原链三聚化和ECM蛋白聚糖）在两个同源系中均被ApoE4上调。相反，免疫通路（如淋巴细胞与非淋巴细胞间的免疫调节相互作用、MHC I类抗原呈递及干扰素信号传导）均呈现下调。值得注意的是，MHC I类抗原呈递通路中的蛋白质持续下调，而作为干扰素信号传导直接下游通路的免疫蛋白酶体亚基同样呈现下调。

人等基因ApoE3和ApoE4星形胶质细胞的蛋白质组学和转录组学分析

基于反应性星形胶质细胞中CEs减少而ApoE4型星形胶质细胞中增加的现象，研究人员假设胆固醇代谢变化可能直接影响免疫表型。通过蛋白质组学分析，发现反应性星形胶质细胞中特定胆固醇合成基因簇上调。为验证胆固醇是否调控人源性星形胶质细胞的免疫反应性，采用胆固醇处理Kolf2.1J和BIONi037对照组（ApoE3）星形胶质细胞，发现MHC I类分子水平和IL-6分泌均显著增加。此外，添加胆固醇足以提升星形胶质细胞的饱和磷脂水平，该指标反映细胞反应性。外源性胆固醇还增强了经肿瘤坏死因子（TNF）、白细胞介素-1α（IL-1α）和补体成分（C1q）处理的星形胶质细胞的免疫反应性（通过MHC I类分子水平和IL-6分泌量测定）。相反，阿托伐他汀预处理（以降低胆固醇水平）可抑制星形胶质细胞反应性引发的MHC I类分子上调及IL-6分泌。最后发现添加游离胆固醇可恢复ApoE4星形胶质细胞中MHC I类分子表达和IL-6分泌。

胆固醇调节人类星形胶质细胞的反应性

总的来说，该研究展示了神经脂质图谱为神经科学领域提供了脂质组学数据存储库及研究工具，为未来探索细胞及（神经退行性）疾病特异性脂质代谢改变奠定了基石。