《Frontiers in Nutrition》：Impact of high fat and low vitamin A intervention on cortical transcriptional profiles in APP/PS1 mice and neuronal EEF1AKMT4-ECE2-associated amyloid metabolism
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研究背景：维生素A（VA）缺乏和脂质代谢紊乱与阿尔茨海默病（AD）的发病机制相关。然而，它们对皮层基因表达谱以及淀粉样蛋白生成相关分子通路的影响尚未得到充分阐明。
方法：研究人员将3月龄APP/PS1小鼠分为对照组、高脂组、高脂含正常VA组及高脂含低VA组，
研究背景：维生素A（VA）缺乏和脂质代谢紊乱与阿尔茨海默病（AD）的发病机制相关。然而，它们对皮层基因表达谱以及淀粉样蛋白生成相关分子通路的影响尚未得到充分阐明。
方法：研究人员将3月龄APP/PS1小鼠分为对照组、高脂组、高脂含正常VA组及高脂含低VA组，分别给予相应饮食干预8个月。采用RNA测序技术检测皮层基因表达谱，并通过实时荧光定量PCR和Western blot对差异表达基因进行验证。此外，利用SH-SY5Y神经元细胞探究差异表达分子EEF1AKMT4-ECE2（ECE2）在淀粉样蛋白β（Aβ）代谢中的功能作用。
结果：转录组分析鉴定出多个与不同脂肪和/或VA含量饮食相关的差异表达基因，这些基因主要涉及淀粉样蛋白代谢、神经元分化、髓鞘结构和代谢信号转导。其中，Ece2基因被鉴定为关键营养敏感基因，在高脂饮食干预下表达显著上调。Hes3和Fam168b是不同VA剂量饮食处理小鼠皮层中的差异表达基因，这些基因可能分别与神经元分化和髓鞘结构相关。在SH-SY5Y细胞中，Aβ处理显著上调ECE2蛋白表达。ECE2激活使Aβ组分向Aβ40再平衡，但其功效受到高脂和VA缺乏状态的削弱，后者触发BACE1过表达，最终导致细胞内Aβ蓄积和细胞外Aβ40升高。
结论：高脂和低VA营养状态显著改变了APP/PS1小鼠皮层的转录谱。ECE2是一种营养敏感分子，参与高脂和低VA条件下皮层Aβ代谢的调控。
标题：高脂与低维生素A饮食对APP/PS1小鼠皮层转录谱的重塑及ECE2在淀粉样代谢中的调控机制
一、研究背景与问题
阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）是一种神经退行性疾病，占痴呆症病例的60%至80%。据估计，到2050年全球AD患者将达到1.52亿，其中发展中国家增幅最大。中国60岁及以上人群痴呆患病率为6.04%，其中AD约占3.94%，患者总数约983万，且随人口老龄化进一步增加。AD的典型病理特征包括脑实质和脑血管系统中细胞外淀粉样蛋白β（amyloid β, Aβ）的形成与沉积、神经元内神经原纤维缠结，以及胶质细胞增生介导的脑内炎症改变。目前临床仍缺乏有效治疗手段，因此识别AD的风险因素及参与脑内异常Aβ代谢的分子，为AD的预防提供了潜在靶点。
维生素A（vitamin A, VA）又称视黄醇，是一种脂溶性必需微量营养素，具有抗氧化损伤和调节细胞增殖的作用。视黄醇通常代谢为视黄酸（retinoic acid, RA），RA作为VA的活性形式，可结合视黄酸受体（retinoic acid receptors, RAR）及类视黄醇X受体，调控多种基因转录表达，包括与细胞凋亡和抗氧化活性相关的基因。VA还参与维持脑正常生理功能，与神经元分裂分化、突触形成、神经突生长及脑早期发育密切相关。临床研究发现50岁以上AD患者血液VA水平降低，且每日膳食VA摄入量偏低，提示VA缺乏与AD风险增加相关。VA缺乏可导致Aβ沉积、突触可塑性丧失和记忆障碍，并促进啮齿类动物AD进展。
脂质是能量储存和供应的必需大量营养素。脑是仅次于脂肪组织的第二大含脂器官，脂质丰富成分与脂质代谢稳态紊乱相关，并可能参与多种神经退行性疾病的发生发展。异常脂质代谢与AD发病机制之间存在多重相互作用，包括淀粉样变性、氧化应激、生物能量缺陷、神经炎症和髓鞘变性等。目前，关于高脂和/或VA营养状态对皮层基因表达谱和Aβ代谢的系统性影响研究较少。为此，研究人员对APP/PS1小鼠施以不同VA含量的高脂饮食干预8个月，进行转录组测序以探究皮层基因表达谱变化，并对差异表达基因（differentially expressed genes, DEGs）尤其是与Aβ代谢相关的基因进行验证，进一步在体外探究其在Aβ代谢修饰中的作用，旨在鉴定高脂和/或低VA营养状态下促进AD发展的潜在功能分子。
二、主要技术方法
研究人员使用3周龄雄性APP/PS1小鼠（每组8至10只），适应性饲养后随机分为四组：高脂高糖低VA组（APP-FAT-LVA）、高脂高糖正常VA组（APP-FAT-NVA）、正常脂肪正常糖低VA组（APP-CON-LVA）、正常脂肪正常糖正常VA组（APP-CON-NVA）。实验饲料按AIN-76A标准定制，正常VA组VA浓度为4000 IU/kg，低VA组为400 IU/kg；高脂高糖饲料含45%脂肪（w/w）和20%果糖（w/w），干预8个月。采用刚果红染色检测皮层Aβ斑块沉积，ELISA检测可溶性Aβ40和Aβ42含量。提取皮层总RNA进行Illumina NovaSeq 6000平台转录组测序（每组4至5个生物学重复，PE150策略），数据经HISAT2比对至GRCm38/mm10参考基因组，DESeq2鉴定DEGs（q值<0.05且|倍数变化|>2）。差异候选基因通过实时荧光定量PCR（RT-qPCR）和Western blot验证。体外实验采用SH-SY5Y人神经母细胞瘤细胞，以全反式RA（ATRA）预诱导神经元样分化，用棕榈酸（PA, 200 μM）模拟高脂条件，RA浓度0.1 nM表示低VA、10 nM表示正常VA，并采用Aβ25–35（100 μM）处理。通过ECE2激动剂（膦酰二肽二钠盐，0.1 μM）干预，ELISA检测ECE2、Aβ40和Aβ42，Western blot检测APP、IDE、ADAM10和BACE1等Aβ代谢相关蛋白。
三、研究结果
（一）不同饮食干预下小鼠体重、每日摄食量及皮层Aβ沉积
8个月饮食干预期间，高脂高糖组小鼠体重显著高于对照组，而饲料中VA含量对增重无明显影响。9月龄时，APP-CON-LVA组每日摄食量显著高于APP-CON-NVA组；两个高脂组每日摄食量均显著低于APP-CON-LVA组。皮层Aβ斑块数量在各组间无显著差异，但APP-CON-LVA和APP-FAT-NVA组斑块面积较APP-CON-NVA组有增加趋势，仅APP-FAT-LVA组出现显著性增加。可溶性Aβ42含量各组间稳定，而低VA饮食组小鼠皮层Aβ40水平显著降低、Aβ42/Aβ40比值升高，且高脂与低VA存在协同效应。
（二）皮层转录组差异表达基因鉴定
转录组分析共富集到40,175个基因。APP-FAT-LVA与APP-CON-LVA比较组获得110个DEGs（63个上调，47个下调），其中Gp1bb和Ifi27l2a显著上调，Hes3、Phip和Sstr4显著下调。APP-FAT-LVA与APP-CON-NVA比较组有19个DEGs，Ifi27l2a和Tgtp1表达升高，Eif4ebp2和Phip表达降低。APP-FAT-NVA相对APP-CON-NVA有11个DEGs，Igip表达升高，Ece2、Gfod2和Sstr4等候选转录本改变。APP-CON-NVA与APP-CON-LVA之间以及APP-FAT-NVA与APP-CON-NVA之间DEGs较少，但Ece2、Prlr、Ucn3和Fam168b呈现明显表达变化。
（三）DEGs的靶向验证
RT-qPCR结果显示，高脂高糖处理显著上调Ece2、Sstr4、Hes3和Prlr表达；低VA饲料促进Hes3、Prlr和Phip表达，下调Fam168b表达。高脂与低VA处理对Hes3和Prlr表达存在协同交互作用。双因素方差分析表明，膳食脂肪和糖、VA状态及二者交互对多个候选基因表达有显著影响；其中Ece2表达受膳食脂肪（P<0.001）和VA状态（P=0.021）显著影响，且存在显著FAT×VA交互（P=0.001）。Western blot验证显示，所选候选蛋白中仅ECE2在饮食干预下出现显著蛋白水平变化，高脂饮食显著上调皮层ECE2蛋白表达。
（四）体外实验中ECE2表达调节
在SH-SY5Y细胞中，高脂处理组ECE2水平显著高于对照组，VA营养状态对ECE2表达无显著影响。Aβ25–35处理后，CON-LVA、FAT-LVA和FAT-NVA组ECE2水平显著上调。ECE2激动剂处理显著升高各组ECE2蛋白水平（P<0.01）。
（五）ECE2激活对Aβ代谢的影响
ECE2激动剂处理后，所有组细胞内Aβ40和Aβ42水平均显著升高（P<0.001）；其中高脂处理组细胞内Aβ40和Aβ42浓度显著低于其他三组。细胞内Aβ42/Aβ40比值在各组间总体一致，但在CON-LVA和FAT-LVA组中ECE2激活选择性降低该比值。培养基中，ECE2激活与FAT-LVA和FAT-NVA组细胞外Aβ40水平升高相关，FAT-NVA组细胞外Aβ42同步升高；但细胞外Aβ42/Aβ40比值各组间无显著差异。
（六）ECE2激活对Aβ代谢相关基因和蛋白表达的影响
ECE2激动剂显著下调CON-NVA、FAT-LVA和FAT-NVA组APP mRNA表达；IDE基因表达在CON-NVA组显著上调，但在FAT-NVA和FAT-LVA组被显著抑制；ADAM10 mRNA在FAT-NVA组显著降低；BACE1表达在FAT-LVA和FAT-NVA组显著减少。蛋白水平上，ECE2激活显著下调FAT-LVA和FAT-NVA组APP蛋白表达；IDE蛋白在CON-NVA组显著降低、FAT-LVA组升高；BACE1蛋白在CON-LVA组升高、CON-NVA和FAT-LVA组降低；ADAM10蛋白在CON-LVA、CON-NVA和FAT-LVA组均上调。
四、结论与意义
该研究表明，高脂高糖和/或VA缺乏饮食显著重塑APP/PS1小鼠皮层基因表达谱。Ece2、Hes3、Fam168b、Prlr、Sstr4和Ucn3等一组调控Aβ代谢、神经元分化、髓鞘完整性和代谢信号转导的基因呈现随脂质和VA营养状态变化的特异性表达模式。其中，ECE2是一种营养敏感性候选调控分子，可能参与淀粉样蛋白加工和Aβ分布。高脂和低VA营养状态通过影响BACE1表达、内吞溶酶体系统功能及脂筏重塑，削弱ECE2激活对Aβ的清除效应，最终导致细胞内Aβ蓄积和细胞外Aβ40升高。研究创新之处在于将AD模型小鼠的长期饮食干预与转录组分析结合，系统阐明VA营养状态和高脂摄入对皮层基因表达的整体影响，并通过组学筛选与靶向功能验证，鉴定ECE2为响应高脂和VA缺乏的Aβ代谢关键调节因子。该发现为理解营养因素与AD相关淀粉样代谢之间的分子联系提供了候选通路，但其功能相关性仍需进一步研究证实。
