间歇性低氧所致新生儿脑损伤后海马脂肪酸代谢紊乱可被醋酸盐治疗挽救

《Nature Communications》：Dysregulated hippocampal fatty acid metabolism following intermittent hypoxemia-induced neonatal brain injury is rescued by treatment with acetate

本研究针对早产儿间歇性低氧所致脑损伤后认知障碍的机制，发现海马区脂肪酸代谢异常是关键环节。研究人员通过动物模型证实间歇性低氧会显著增强脂肪酸β-氧化，导致≥20碳长链脂肪酸减少，而口服甘油三乙酸酯可通过提供替代燃料乙酰辅酶A，恢复海马脂质谱并改善认知功能，为临床干预提供了新策略。

　　

在新生儿重症监护病房中，那些极早产（小于28周 gestation）的婴儿们正经历着一场看不见的生存挑战。他们中的大多数都会出现早产儿呼吸暂停，导致每天经历50-100次的间歇性低氧事件。这些短暂的缺氧时刻，虽然通过补充氧气能够暂时缓解，但却在整个矫正胎龄期间持续发生，悄悄影响着大脑的发育。令人担忧的是，这些早期损伤的后果往往要等到学龄期才逐渐显现，表现为学习记忆障碍、执行功能受损，甚至伴有海马体积的减小。

大脑是一个脂质丰富的器官，在出生后的早期发育阶段，它正经历着快速的生长和结构重塑。这个时期的特点是大量脂肪酸的摄取和局部合成，用于构建复杂的脂质结构，而非像成年大脑那样将脂肪酸主要用于能量代谢。那么，在极早产儿所经历的间歇性低氧压力下，大脑内精密的脂质代谢平衡是否会被打破？这种打破是否与远期认知障碍直接相关？这正是Regina F. Fernandez、Susanna Scafidi和Joseph Scafidi等研究人员在《Nature Communications》上发表的最新研究试图解答的核心问题。

为了回答这些问题，研究团队使用了一个模拟早产儿呼吸暂停的间歇性低氧（IHx）新生小鼠模型。小鼠在出生后第1天至第11天（P1-P11）暴露于间歇性低氧环境，这一时期大致对应于人类妊娠晚期的脑发育阶段。与极早产儿童的临床表现相似，经历IHx的小鼠在出生后第30天（P30）表现出明显的识别记忆和空间记忆缺陷。更重要的是，研究人员发现，这种功能损伤伴随着海马区脂质组成的长期改变。

研究人员采用了多种关键技术方法。他们利用气相色谱-串联质谱（GC-MS/MS）和液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）进行了全面的海马脂质组学和总脂肪酸分析。通过离体同位素示踪技术（如[1-¹⁴C]-油酸氧化）和Seahorse XF Mito Fuel Flex Test评估了底物氧化代谢。基质辅助激光解吸/电离质谱成像（MALDI-MSI）用于空间定位脑内脂质分布。此外，研究还涉及了蛋白质组学分析、基因表达检测（qPCR）、行为学测试（新物体识别和Y迷宫），并使用了条件性基因敲除小鼠（星形胶质细胞特异性CPT2敲除）以确定特定细胞类型的作用。人类海马组织样本来自NIH NeuroBioBank。

间歇性低氧损伤改变海马脂质组成

研究结果显示，在P30，即损伤发生近20天后，IHx小鼠的海马脂质谱发生了显著变化，共有112种脂质与对照组（Nx）相比存在差异。尤其值得注意的是，磷脂酰丝氨酸（PS）的含量降低，而神经酰胺（Cer）在损伤早期（P11）减少后，在P30反而增加。对总脂肪酸的深入分析揭示了一个关键变化：IHx导致海马中由大脑局部合成的长链和超长链（≥20碳）饱和脂肪酸以及ω-9系列脂肪酸的比例显著下降。这种变化在损伤后早期（P11）并不明显，但在恢复期的P17和P30变得非常突出，提示这是一种随着发育逐渐显现的代谢紊乱。

间歇性低氧影响脂质代谢相关基因和蛋白的表达

在损伤刚结束的P11时间点，蛋白质组学分析表明，代谢通路，尤其是脂质代谢相关蛋白的表达显著下调。基因表达分析也发现，参与脂肪酸合成（如Fasn, Scd2, Elovl6）和氧化（如Cpt2）的关键基因在P11至P22期间表达降低，但到P30时，部分基因（如Fasn, Hmgcr）的表达反而出现上调，这可能是一种内源性的代偿反应。

间歇性低氧增加脂肪酸氧化并在P17改变脂质组成

功能实验发现了最令人惊讶的现象：在发育期大脑中通常可以忽略不计的脂肪酸β-氧化，在IHx损伤后被显著激活。Seahorse和离体氧化实验均证实，脂肪酸氧化在损伤急性期（P11）即显著增加，并且这种高氧化状态持续到了损伤后6天的恢复期（P17）。利用CPT2（肉碱棕榈酰转移酶2，线粒体脂肪酸β-氧化的关键酶）条件性敲除小鼠，研究人员证实，IHx后增加的脂肪酸氧化主要发生在星形胶质细胞中。与此对应，P17时的脂质组学分析显示，海马中含有长链脂肪酸的磷脂酰乙醇胺（PE）减少，而多种鞘脂（如HexCer, Cer）增加。MALDI-MSI成像进一步从空间分布上证实了IHx引起了脑内脂质组成的区域性改变。

醋酸盐作为替代底物可减少脂肪酸氧化

既然脂肪酸被异常地“燃烧”供能，那么补充其他能够产生乙酰辅酶A（Acetyl-CoA）的燃料是否能“节约”脂肪酸，使其用于合成代谢呢？研究人员发现，在培养体系中提高葡萄糖浓度并不能减少脂肪酸氧化，但加入醋酸盐（Acetate）则能几乎完全抑制IHx引起的脂肪酸氧化增强。醋酸盐可以直接转化为乙酰辅酶A，从而绕过脂肪酸β-氧化的需要。

基于这一发现，研究团队在体内实验中使用了甘油三乙酸酯（Glycerol-triacetate，一种可口服的醋酸盐前体），在P11至P17期间每天给小鼠灌胃。结果令人振奋，这种干预显著降低了P17海马中的脂肪酸氧化，并且更重要的是，在P30的行为学测试中，接受甘油三乙酸酯治疗的IHx小鼠其识别记忆能力得到了显著改善。总脂肪酸分析证实，治疗恢复了海马中≥20碳长链饱和脂肪酸和ω-9脂肪酸的水平。

研究结论与意义

这项研究揭示了新生儿间歇性低氧脑损伤的一个此前未被重视的新机制：大脑能量代谢底物利用的显著重编程，即发育中的大脑异常地开启了脂肪酸氧化途径。这一代谢转换“劫持”了本应用于大脑结构构建的长链脂肪酸，导致海马脂质组成长期异常，最终引发认知功能障碍。研究不仅阐明了从代谢紊乱到功能损伤的因果链条，更重要的是提出了一种易于临床转化的干预策略。甘油三乙酸酯是FDA已批准的化合物，可通过肠内途径安全给药。这项研究为预防和改善极早产儿因间歇性低氧导致的神经发育后遗症提供了全新的理论和治疗思路。