编辑推荐：
本文聚焦非洲 turquoise killifish，探讨食欲素系统在衰老及相关疾病中的作用与机制。
引言
食欲素系统在几乎所有脊椎动物中，从解剖学和功能上都具有保守性。该系统包含两种神经肽，即食欲素 A（OXA）和食欲素 B（OXB），也被称为下丘脑分泌素 1 和 2（HCRT），由前体蛋白前食欲素原（PPO）裂解生成。在哺乳动物中枢神经系统（CNS）中，这两种神经肽主要在外侧下丘脑区域（LHA）的神经元细胞中合成，LHA 包括下丘脑的室周核、外侧核、后核和背内侧核。
食欲素的活动由两种 G 蛋白偶联受体 —— 食欲素 1 型受体（OX1R）和食欲素 2 型受体（OX2R）介导，它们属于七跨膜结构域受体家族，且二者活动协调精细。OX1R 对 OXA 具有高亲和力，与 OXB 结合力低；OX2R 与 OX1R 有 64% 的同源性，能与 OXA 和 OXB 都高亲和力结合。最初，食欲素系统因在进食中枢调节和唤醒刺激方面的作用被研究，如今越来越多的发现表明，它在众多生理和病理状况中都意义重大。
从解剖学角度，食欲素神经元可分为至少两个亚群。一个亚群位于外侧下丘脑，投射到腹侧被盖区（VTA）和伏隔核（NAc），调节动机和奖赏；另一个亚群位于室周和背内侧下丘脑，主要投射到蓝斑（LC）和乳头体核，调节唤醒和应激反应。
在健康衰老进程中，人类下丘脑的食欲素能神经元数量从儿童期到成年（60 岁及以上）会减少 25% ，这与啮齿动物中的情况一致。由此，CNS 中 OXA 和 OXB 的释放减少，进而导致与年龄相关的睡眠障碍、代谢紊乱和认知能力下降。
在疾病方面，阿尔茨海默病（AD）患者若伴有睡眠障碍，其脑脊液中食欲素水平会升高，但脑脊液中食欲素水平与神经解剖分布存在矛盾证据。在 AD 小鼠模型中，如双转基因淀粉样前体蛋白 / 早老素 1（APP/PS1）小鼠，与年龄匹配的野生型相比，其大脑中前食欲素原 mRNA 和 OXA 显著上调，且 OXA 神经元数量在不同脑区增加，这表明 OXA 神经元的增加和分布在 AD 进展中起关键作用。同时，外源性给予 OXA 会加重 3xTg - AD 小鼠的认知缺陷和海马突触可塑性损伤。此外，研究还发现 OXA 与内源性大麻素的相互作用参与了导致 Tau 蛋白苏氨酸 231 位点磷酸化（pT231 - Tau）的分子过程，而 pT231 - Tau 是 AD 诊断的敏感且特异的早期标志物。
在帕金森病（PD）中，食欲素系统在基底神经节核团（包括苍白球、丘脑底核、黑质和纹状体）发生改变。帕金森患者死后尸检显示食欲素能神经元显著缺失，血浆和脑脊液中食欲素水平降低，小鼠 PD 模型也有类似表现。不过，OXA 在 PD 的细胞和临床前模型中具有神经保护作用，它能减轻黑质多巴胺能神经元的减少，恢复纹状体的多巴胺能纤维，可能通过 OX1R 介导的 PI3K 和 PKC 途径，增加脑源性神经营养因子（BDNF）和多巴胺水平。电生理分析也表明，给予 OXA 和 OXB 能增强大鼠黑质多巴胺能神经元的自发放电率，抑制 OX1R 和 OX2R 则会降低其放电率。
除了 AD 和 PD，越来越多证据表明食欲素通路功能障碍与其他神经退行性疾病（如亨廷顿病、多发性硬化症）的发病机制有关。目前，基于食欲素受体拮抗剂的多种治疗方法已被开发用于改善睡眠障碍，并取得了一定成效，但食欲素系统在神经退行性疾病中的具体作用和潜在机制仍有待深入研究。
非洲 turquoise killifish：研究衰老过程中食欲素系统的优秀模型
非洲 turquoise killifish（Nothobranchius furzeri）作为一种非哺乳动物模型，为拓展对食欲素系统年龄相关调节机制的认识提供了有力支持。在不到二十年的时间里，这种硬骨鱼已成为衰老研究的有效模型系统。它被认为是实验室条件下寿命最短的脊椎动物，其压缩的寿命能够重现脊椎动物的整个生命周期，包括加速的衰老过程。近期的综合综述强调了它在研究衰老神经生物学和年龄相关疾病方面的重要价值。
非洲 turquoise killifish 大脑衰老的特征性表型包括：端脑和视顶盖后方的双皮质素（DCX）阳性细胞（未成熟神经元的标志物）减少，同时视顶盖的放射状胶质细胞出现大量胶质增生；与斑马鱼不同，它失去了神经元再生能力，中枢神经系统损伤后无法完全恢复，这可能是由于星形胶质细胞增生和慢性脑部炎症状态，形成长期胶质瘢痕阻碍了再生；具有 PD 的典型特征，如运动和认知症状、路易体中 α - 突触核蛋白（αSYN）聚集体的形成和传播，以及多巴胺 / 去甲肾上腺素能神经元的缺失；蛋白酶体活性降低，导致蛋白质聚集，这是由编码 19S 和 20S 核糖体复合物成分的转录本调控不足引起的。此外，在正常衰老过程中，非洲 turquoise killifish 大脑会沿前后轴合成并储存 β - 淀粉样前体蛋白（Aβ Precursor Protein），对神经元的存活和功能产生不利影响，降低 Aβ 水平可减轻大脑衰老表型和年龄相关的认知能力下降。
非洲 turquoise killifish 的大脑衰老轨迹更类似于患有神经退行性疾病的人类，而非健康个体的正常大脑衰老。不同的圈养品系表现出不同的大脑衰老相关表型，例如 ZMZ1001 品系具有生理性神经元内焦谷氨酸化 Aβ 的积累，适合作为 AD 模型；MZCS - 24 品系出现多巴胺能神经元的自发年龄依赖性退化，以及蓝斑中去甲肾上腺素能神经元和后结节多巴胺能神经元的更严重退化，被认为是 PD 的良好模型，尽管其他两个品系（MZCS - 222 和 MZM - 0410）的多巴胺能神经元年龄相关损失仅在蓝斑中出现。
对非洲 turquoise killifish 食欲素系统的初步研究发现：其 hcrt 和 OXA 序列与哺乳动物高度保守；hcrt 和 OXA 的神经元表达不仅局限于间脑区域，在老年个体中神经解剖分布更广泛，mRNA 在端脑也有表达；hcrt 下丘脑神经元在短期禁食时似乎不被激活，这与神经肽 Y 不同；在衰老过程中，整个大脑的 hcrt 水平略有增加，但在生命阶段分析时未发现显著调节，不过这种轻微增加出现在衰老开始阶段，后期分析可能会发现与成年个体的显著差异。这些发现表明，非洲 turquoise killifish 大脑中食欲素水平随年龄增加，可能与哺乳动物神经退行性过程中的情况相似，支持了其大脑衰老轨迹与人类神经退行性疾病相似的假设。
此外，OXA 等神经肽和代谢激素可诱导神经发生，但过量的 OXA 和下游 2 - 花生四烯酸甘油 / 大麻素 1 型受体信号会导致成年小鼠海马神经发生功能障碍，影响可塑性和模式分离。未来对非洲 turquoise killifish 食欲素系统的研究，有望进一步揭示其在神经发生活动方面的作用，尤其是新神经元的分化和功能。
最近，Bedbrook 及其合作者进一步证实了 hcrt 的神经解剖定位，并表明 CRISPR/Cas9 介导的敲入技术是研究非洲 turquoise killifish hcrt 细胞类型特异性表达的有力方法，为研究脊椎动物衰老过程中 hcrt 的神经元调节提供了强大工具。
非洲 turquoise killifish 与斑马鱼在研究食欲素系统方面的比较
目前，斑马鱼是研究中枢神经系统食欲素系统最常用的鱼类模型，主要用于研究其在睡眠和唤醒方面的作用。斑马鱼幼虫和成年大脑中分别约有 20 和 60 个 hcrt 神经元，局限于与哺乳动物 LHA 同源的区域。对这些神经元的遗传调节揭示了斑马鱼的睡眠行为表型，如夜间自发运动减少、白天出现时钟控制的节律性活动高峰、具有可逆性、特定姿势、唤醒阈值增加和睡眠剥夺后的睡眠反弹等。
从功能角度看，研究发现斑马鱼大脑中 OXA 和内源性大麻素系统存在进化上的相互作用，OX - A 可诱导 2 - AG 生物合成，可能由 OX - 2R 介导，且食欲素和内源性大麻素受体的神经解剖分布重叠，表明它们在成年斑马鱼大脑中的信号相互作用与哺乳动物相似。对斑马鱼幼虫的单细胞分析鉴定出数百种新的 Hcrt 神经元特异性转录本，主要参与代谢、睡眠、突触发生和突触可塑性的调节，这与哺乳动物中发现的食欲素亚群的遗传异质性相似，但由于食欲素亚群的解剖结构，对其异质性的精确概述受到限制。此外，斑马鱼下丘脑室周区谷氨酸能和 GABA 能细胞类型的单细胞分析揭示了鱼类和小鼠之间下丘脑细胞类型的进化保守性和差异性，部分谷氨酸能 Hcrt 神经元还表达神经肽 VF（Npvf），其遗传特征、活性和神经突起处理与其他 Hcrt 神经元不同，表明 Hcrt 神经元的异质性使其具有多功能性，如同时巩固清醒和睡眠。
有研究认为食欲素系统在调节睡眠 - 觉醒的昼夜节律中起关键作用，但目前尚不清楚这些节律是由食欲素肽本身还是由这些神经元释放的其他信号分子（如谷氨酸或强啡肽）控制。转录组数据显示，非洲 turquoise killifish 衰老中枢神经系统中，当食欲素系统表达改变时，22 种昼夜节律基因的表达谱发生变化，其中 Per2 基因（一种关键的昼夜节律调节因子，参与神经元可塑性和觉醒维持）在老年非洲 turquoise killifish 和其他研究物种中上调。在哺乳动物中，Per2 与食欲素系统相互作用调节睡眠 - 觉醒周期，这表明存在进化上保守的分子机制，也进一步证实了昼夜节律失调可能与睡眠障碍和神经退行性功能障碍有关，支持将非洲 turquoise killifish 作为研究昼夜节律下降与食欲素系统关系的有价值模型。
非洲 turquoise killifish 拥有 hcrt 荧光神经元的敲入模型，这使其能够在单细胞水平进行研究，并表征衰老过程中食欲素能神经元群体的神经解剖结构。研究发现，在衰老的恒河猴中，下丘脑和蓝斑中食欲素能神经元的缺失与蓝斑中酪氨酸羟化酶（TH）mRNA 的显著减少相关，尽管 TH 免疫反应性神经元数量未发生变化，这表明年龄相关的蓝斑兴奋性食欲素神经支配减少可能导致老年人睡眠 / 觉醒障碍。对不同品系非洲 turquoise killifish 的研究发现，MZCS - 222 和 MZM - 0410 品系中约 30% 的多巴胺能神经元胞质内出现蛋白质聚集，MZCS - 24 品系老年个体大脑中多巴胺能神经元损失高达 80% 。在啮齿动物中，全脑暴露于 OXA 会激活蓝斑，这表明蓝斑可能是研究食欲素药理学调节疾病机制的关键靶点。非洲 turquoise killifish 的食欲素神经元纤维大量投射到脑干（包括蓝斑），且 OX2R 在脑干中大量分布，这一分布模式在进化上具有保守性。此外，对小鼠和人类大脑的研究表明，食欲素系统在唤醒和睡眠 / 觉醒周期中发挥作用，尽管受体亚型表达谱存在一定差异。
结论
综合当前研究，非洲 turquoise killifish 凭借其短寿命和追踪神经生物学变化的优势，成为研究衰老和食欲素系统调节的宝贵模型。其食欲素能神经元广泛且分散的分布特征，既不同于哺乳动物，也有别于斑马鱼（斑马鱼的食欲素能神经元更局限于特定脑区），这种差异可能是对不同生命周期和环境的进化适应，意味着食欲素在不同物种中可能基于进化历史发挥不同功能。
在斑马鱼中，食欲素系统在睡眠调节中起关键作用，表现出与啮齿动物相似的行为，对睡眠 - 觉醒周期有明显调节作用，但斑马鱼不会像哺乳动物那样因食欲素缺乏而出现猝倒现象，这表明尽管食欲素系统在动物进化中高度保守，但在不同物种中的进化轨迹可能有所不同。值得注意的是，食欲素及其受体在哺乳动物中还参与生育、食欲、消化等重要功能，在硬骨鱼中则涉及渗透压和胃肠道控制。例如，Chromobotia macracanthus 鱼缺乏功能性下丘脑分泌素系统，没有猝倒发作或突然行为停止的现象；而 Astyanax Mexicanus 鱼的洞穴种群与表面种群相比，大脑中下丘脑分泌素 / 食欲素水平更高，下丘脑分泌素 / 食欲素（HCRT）阳性神经元数量增加，这可能解释了其睡眠减少的现象，通过对 HCRT 信号的药理或基因抑制，以及如切除侧线或饥饿等操作，可促进其睡眠增加，进一步支持了 HCRT 在睡眠调节中的保守作用。
综上所述，未来对非洲 turquoise killifish 的研究，结合其加速衰老和独特的食欲素能神经元分布特点，有望深入揭示食欲素在衰老过程中调节睡眠的进化作用，以及食欲素系统的进化方面，为我们理解生命科学和健康医学领域中衰老与神经调节的关系提供更多有价值的信息。
