大脑突触功能的重要燃料储备：神经元特异性甘油三酯脂酶DDHD2介导的β-氧化代谢通路

本研究揭示了神经元通过DDHD2介导的甘油三酯(TG)代谢通路维持突触功能的新机制。研究人员发现抑制神经元特异性脂酶DDHD2或线粒体脂肪酸转运蛋白CPT1会迅速诱导小鼠进入蛰伏状态，证实神经元通过持续分解脂滴(LDs)中的脂肪酸(FA)支持突触线粒体ATP生成。该研究颠覆了"神经元不依赖脂肪酸氧化"的传统认知，为遗传性痉挛性截瘫(HSP)等神经系统疾病提供了新的治疗靶点。

　　

长期以来，大脑能量代谢研究存在一个未解之谜：神经元是否像其他高耗能组织一样能够利用脂肪作为燃料？传统观点认为神经元几乎完全依赖葡萄糖供能，这一认知主要基于早期使用非生理状态脑组织的研究结果。然而，随着遗传性痉挛性截瘫(HSP)患者研究的深入，科学家发现神经元特异性甘油三酯(TG)脂酶DDHD2的突变会导致大脑脂质异常积累和神经系统功能障碍，这提示神经元可能存在活跃的脂质代谢途径。

为破解这一科学难题，来自美国多所顶尖研究机构（包括洛克菲勒大学、耶鲁大学等）的联合团队在《Nature Metabolism》发表重要研究成果。研究人员通过综合运用基因干预、活细胞成像、代谢分析和动物行为学等方法，首次证实神经元通过DDHD2介导的脂滴(LDs)分解和线粒体β-氧化途径，为突触活动提供持续的能量支持。这项研究不仅改写了教科书关于神经元能量代谢的基础理论，也为理解HSP等神经退行性疾病的发病机制提供了全新视角。

研究主要采用以下关键技术：1) 免疫荧光显微技术定位DDHD2在突触终末的分布；2) BODIPY标记的脂肪酸(Red-C12)示踪技术解析LDs到线粒体的转运过程；3) 基因编码的线粒体ATP传感器(mito-iATPSnFR2)实时监测能量代谢；4) pH敏感性荧光蛋白(vGlut1-pHluorin)检测突触小泡循环；5) 药物诱导和小鼠模型研究体温调节机制。实验使用Sprague Dawley大鼠原代海马神经元和小鼠模型。

神经元特异性DDHD2脂酶在海马突触的定位
通过免疫组织化学和共聚焦显微镜观察，发现DDHD2广泛分布于海马区，特别是在CA3区苔藓纤维突触终末与突触素(synapsin)高度共定位。定量分析显示DDHD2在突触终末的富集程度是相邻轴突过程的6倍以上，Pearson共定位系数达0.60±0.048，证实其参与突触脂质代谢的分子基础。

抑制DDHD2导致突触脂滴积累
使用选择性抑制剂KLH45处理神经元24小时后，70%的突触终末出现BODIPY阳性脂滴，电子显微镜观察到直径约200nm的脂滴紧邻突触小泡簇。脂质组学分析显示这些脂滴含有78.36±4.5%甘油三酯和10.1±1.63%二酰基甘油(DG)。值得注意的是，电活动抑制(TTX处理)同样会引起神经元脂滴积累，提示电活动调控脂质代谢的动态平衡。

电活动调控脂滴脂肪酸向线粒体转运
脉冲追踪实验显示，BODIPY标记的Red-C12在DDHD2抑制时主要储存在脂滴中，而解除抑制后4.5小时内逐渐转移至线粒体。这种转移可被CPT1抑制剂etomoxir阻断，且电刺激(50AP/min)能促进转移过程，证实活动依赖性调控机制。使用mito-iATPSnFR2传感器证实，棕榈酸预处理的神经元在无糖条件下能维持81.7±4.08%的基础ATP水平，而etomoxir处理组降至43.5±3.9%。

脂滴衍生的脂肪酸支持突触小泡循环
在严格的无糖条件下，KLH45诱导的含脂滴神经元能维持5轮突触小泡循环，而对照组在2-5轮后即衰竭。使用CPT2短发夹RNA(shRNA)敲低实验证实，这一过程依赖完整的β-氧化通路，且星形胶质细胞贡献可忽略。特别值得注意的是，亚生理浓度葡萄糖(0.16mM)不足以支持突触功能，但补充棕榈酸可完全挽救这一缺陷。

急性阻断DDHD2或CPT1诱导蛰伏状态
成年雄性小鼠在食物限制条件下，腹腔注射DDHD2抑制剂KLH45或CPT1抑制剂etomoxir后，核心体温在3小时内分别下降7°C和3°C，迅速进入类似蛰伏的代谢抑制状态。这一惊人发现证实神经元持续进行的脂肪酸氧化对维持全身能量稳态具有关键作用。

这项研究从根本上改变了人们对神经元能量代谢的认知，揭示了一条此前被忽视的"脂质-线粒体-突触"能量供应轴。DDHD2介导的甘油三酯分解不仅为突触活动提供快速可调的能量来源，更可能是神经系统应对能量危机的重要储备。研究发现电活动与脂质代谢偶联的精确调控机制，为理解HSP等神经退行性疾病中观察到的脂质积累和认知障碍提供了分子解释。从转化医学角度看，靶向神经元脂代谢通路可能成为改善脑能量代谢障碍的新策略，特别是在脑老化、神经退行性疾病等葡萄糖利用受损的情况下。该研究还提示，星形胶质细胞分泌的载脂蛋白颗粒可能是神经元获取脂肪酸的重要载体，这一发现为探索阿尔茨海默病等脂代谢相关脑疾病开辟了新方向。