《Neuroscience Letters》：Brain-specific ORP6 deficiency in mice disrupts systemic lipid metabolism and impairs hippocampal-dependent learning and memory
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阿莱特·A·卡松戈|本杰明·布努|多米尼克·M·布歇|维雅希尼·维吉塔库马尔|萨拉赫·侯赛因·阿里|克里斯蒂娜·埃默顿|马克西姆·W.C.鲁索|黛安·C.拉加斯|米蕾伊·乌伊梅摘要中枢神经系统中的胆固醇平衡对神经元健康和认知功能至关重要。在氧化甾醇结合蛋白相关蛋白这一保守的脂质转
阿莱特·A·卡松戈|本杰明·布努|多米尼克·M·布歇|维雅希尼·维吉塔库马尔|萨拉赫·侯赛因·阿里|克里斯蒂娜·埃默顿|马克西姆·W.C.鲁索|黛安·C.拉加斯|米蕾伊·乌伊梅
摘要
中枢神经系统中的胆固醇平衡对神经元健康和认知功能至关重要。在氧化甾醇结合蛋白相关蛋白这一保守的脂质转移蛋白家族中，ORP6是一种在脑组织中含量较高的亚型，可能在代谢调节和神经保护方面发挥作用。为此，我们构建了脑特异性Osbpl6条件性敲除小鼠，以研究其对脂质代谢和大脑功能的影响。大脑中ORP6的缺失会导致体重增加和总胆固醇水平上升，这主要是由低密度脂蛋白胆固醇的增加所引起的。在脑组织中，Osbpl6Δbrain小鼠的β-淀粉样蛋白寡聚体水平升高，且在海马体依赖的学习和记忆能力方面存在缺陷，这一结论是通过莫里斯水迷宫实验和情境恐惧条件反射实验得出的。这些结果表明，脑中的ORP6是脂质平衡的关键调节因子，对维持胆固醇平衡和保护认知功能起着重要作用。
引言
胆固醇是中枢神经系统不可或缺的脂质，它为膜提供结构支撑，有助于髓鞘形成，还能促进突触形成和信号传递[1]、[2]、[3]、[4]。与外周组织不同，大脑几乎完全依靠从头合成的方式产生胆固醇，因为循环中的脂蛋白无法穿过血脑屏障[3]。由于这种代谢上的隔离性，必须精确调控胆固醇的周转，以维持神经功能，因为无论是胆固醇缺乏还是过量都会带来危害，并且与神经退行性疾病的发病机制有关[5]、[6]、[7]。
氧化甾醇结合蛋白相关蛋白是一类保守的脂质转移蛋白，它们负责在细胞内膜之间进行非囊泡状的固醇和磷脂转运[8]、[9]、[10]。这类蛋白具有模块化结构，包括一个能结合固醇的C端OSBP样结构域、一个能识别磷脂酰肌醇磷酸的N端pleckstrin同源结构域，以及一个能引导蛋白质至内质网的含两个苯丙氨酸的酸性序列结构，这些结构共同实现了细胞器特异性的脂质交换和信号传导[9]、[10]。已有研究表明，一些ORP家族成员与代谢疾病和神经疾病有关，比如血脂异常和阿尔茨海默病[10]、[11]、[12]，但大脑中许多亚型的生理功能仍不明确。
在所有ORP家族成员中，属于ORP III亚家族的ORP6是最少被研究的成员之一[13]。尽管ORP6在多种外周组织中都有表达，包括骨骼肌、肾脏、心脏和胎儿肺组织，但在骨骼肌和大脑中的表达尤为丰富[13]，这表明它在脂质代谢中可能具有组织特异性功能。通过对不同小鼠组织的比较分析发现，与其他器官相比，Osbpl6在大脑中的表达水平最高[13]、[14]，这进一步表明它在中枢神经系统中可能具有特殊的功能。
在大脑中，ORP6的表达具有区域性和细胞类型特异性，其在海马体中的表达水平最高，其次是皮质下板、脑桥、延髓和小脑[14]。在老鼠和人类的大脑中，它不仅在神经元中大量存在，也在星形胶质细胞中存在，尤其是在海马体中。考虑到胆固醇周转和细胞间脂质运输对突触功能的重要性，ORP6很可能在海马体中参与支持学习和记忆的脂质处理过程。从功能上来看，先前的研究已经表明ORP6参与了巨噬细胞、星形胶质细胞和神经元中的脂质处理过程[14]、[15]、[16]、[17]，而我们之前的研究也进一步证实，完全删除Osbpl6会扰乱全身和大脑的脂质平衡，还会增加大脑中β-淀粉样蛋白寡聚体的积累，这进一步凸显了它对大脑健康的重要性。
在本研究中，我们直接验证了这样一个假设：脑特异性缺失ORP6会扰乱脂质平衡并损害认知功能。为此，我们构建了全脑缺失ORP6的小鼠模型，并评估了它们的代谢和行为表现。脑特异性ORP6的缺失改变了全身的脂蛋白代谢，影响了身体成分，导致体重增加，还增加了大脑中β-淀粉样蛋白寡聚体的积累，同时损害了海马体依赖的学习和记忆能力。总体而言，这些研究结果表明，脑中的ORP6是脂质代谢的关键调节因子，有望成为缓解脂质相关认知衰退和神经退行性疾病的潜在治疗靶点。
章节节选
Osbpl6floxed/floxed小鼠的构建
所有小鼠实验都是按照《安大略省动物研究法》以及加拿大动物护理委员会的指导原则进行的，实验方案也得到了渥太华大学和表型基因组学中心所在地的动物伦理委员会的批准。小鼠被饲养在温度为21–22°C、湿度为30–55%的通风笼子里，笼子里有垫料、食物以及用于丰富其生活环境的物品。C57BL6/N-Osbpl6em2Tcp小鼠品系是在表型基因组学中心利用成熟的基因操作技术培育出来的。
脑特异性ORP6缺失会改变全身脂质代谢并增加体重
为了研究ORP6在中枢神经系统中的作用，我们首先构建了ORP6floxed小鼠，然后在新生小鼠体内通过脑室内注射Cre-AAV9病毒，从而选择性地敲除大脑中的ORP6基因表达（即Osbpl6Δbrain小鼠）（见图1A）。作为对照组的是接受了GFP-AAV9注射的ORP6floxed小鼠。无论是Osbpl6Δbrain小鼠还是对照组小鼠，都正常发育，整体健康状况良好，在早期发育阶段也没有出现任何组织异常。高效的基因敲除操作使得...
讨论
大脑中的胆固醇平衡对神经元的存活和记忆形成至关重要[38]。我们之前的研究已经发现，ORP6在神经元和星形胶质细胞中大量存在，尤其是在作为学习和记忆核心区域的海马体中表达水平很高[14]。本研究的结果与之前全基因组ORP6敲除的研究结果一致，脑特异性缺失Osbpl6会导致全身血脂异常、神经毒性β-淀粉样蛋白寡聚体的积累，同时还会严重损害海马体依赖的学习和记忆能力。
结论
我们的研究表明，小鼠大脑中缺失ORP6会导致全身血脂异常、体重增加、大脑中β-淀粉样蛋白寡聚体的积累，以及海马体依赖的学习和记忆能力下降。综合这些发现可以判断，ORP6是一种脂质转移蛋白，其在中枢神经系统中的表达对于维持大脑胆固醇平衡和保障认知功能具有重要意义。未来有必要进一步研究针对ORP6进行治疗的潜力。
CRediT作者贡献说明
阿莱特·A·卡松戈：撰写原始稿件、方法部分、正式分析部分、数据整理工作。本杰明·布努：撰写审稿与编辑相关内容、原始稿件撰写工作。多米尼克·M·布歇：撰写审稿与编辑相关内容、正式分析部分。维雅希尼·维吉塔库马尔：负责方法设计、数据整理、概念构思工作。萨拉赫·侯赛因·阿里：负责审稿与编辑相关工作。克里斯蒂娜·埃默顿：负责数据整理工作。马克西姆·W.C.鲁索：负责方法设计工作。黛安·C.拉加斯：负责审稿与编辑相关工作、原始稿件撰写工作，同时还承担研究指导职责。
资金支持
本研究得到了加拿大自然科学与工程研究委员会（向M.O.和M.W.C.R.提供了探索性研究资助）以及加拿大健康研究委员会（向M.O.和M.W.C.R.提供了加拿大研究主席奖）的资助。此外，V.V.还获得了女王伊丽莎白二世科技研究生奖学金的支持，B.B.则获得了渥太华大学心脏研究所设立的奖学金以及脑心互连体研究奖学金，这些奖学金都来自加拿大自然科学与工程研究委员会。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。
致谢
我们衷心感谢表型基因组学中心的模型构建团队、临床表型分析团队以及病理学团队为构建Osbpl6floxed小鼠模型所做出的贡献，特别要感谢Lauryl Nutter、Julie Yuan和Ann Flenniken。同时，我们也要感谢渥太华大学的行为学与生理学研究团队，尤其是Kerstin Ure在行为测试方面给予的帮助。图表则是使用BioRender软件制作的。
