下丘脑自噬-NPY轴对突触前重塑的非细胞自主性调控

《Autophagy》：Non-cell autonomous control of presynaptic remodeling by the hypothalamic autophagy-NPY axis

　　

巨自噬/自噬（Macroautophagy/autophagy）是一种关键的细胞降解途径，对神经元蛋白质稳态和突触功能至关重要。其随衰老的下降与突触功能障碍和回路可塑性降低相关。神经肽Y（NPY，neuropeptide Y），一种高度丰富的脑神经肽，已成为自噬和衰老相关过程的重要调节因子。在果蝇中，NPY家族肽sNPF通过非细胞自主机制调节与年龄相关的突触前结构变化。在此，研究人员研究了自噬和NPY是否在下丘脑NPY⁺ AGRP⁺神经元内相互作用，以调节远处脑区的突触前组织。研究人员发现，这些神经元中的自噬非细胞自主地控制海马突触前活性区结构和蛋白质稳态，同时维持NPY肽水平。重要的是，膳食补充天然多胺亚精胺（spermidine）可恢复衰老海马中的NPY表达，凸显其恢复神经肽信号传导的潜力。总之，这些发现揭示了一条通路，下丘脑自噬和NPY信号通过该通路调节海马突触结构，将代谢状态与突触可塑性联系起来。

自噬（autophagy）是一种保守的溶酶体降解途径，对维持神经元蛋白质稳态和突触功能至关重要。神经元的衰老伴随自噬活性下降，导致突触功能障碍和认知衰退，但自噬如何与大脑可塑性及衰老相关的突触重塑相互作用尚不完全清楚。神经肽Y（NPY，neuropeptide Y）是脑中高丰度的神经肽，已报道其可促进自噬和延长寿命，且随年龄下降。在果蝇中，NPY家族肽sNPF通过非细胞自主机制调控年龄相关的突触前结构变化。基于此，研究人员假设下丘脑NPY⁺ AGRP⁺神经元中的自噬通过非细胞自主途径调控远处脑区（如海马）的突触前组织，并探索膳食亚精胺（spermidine）能否恢复衰老中的神经肽信号。该研究发表在《Autophagy》。

研究人员开展了以下研究：通过条件性敲除下丘脑NPY⁺ AGRP⁺神经元中的自噬相关基因ATG5（autophagy related 5），构建atg5^AGRP cKO小鼠，结合免疫组织化学、gSTED超分辨率显微镜、蛋白质组学（LC-MS/MS）、RT-qPCR和Western blot技术，分析自噬缺失对NPY水平、海马突触前活性区（active zone, AZ）纳米结构及突触蛋白质组的影响。同时，利用组成性Npy敲除（npy KO）小鼠阐明NPY在突触前活性区组织中的直接作用。最后，对老龄小鼠进行膳食亚精胺补充（Spd-S），评估其对NPY表达的恢复效果。所有小鼠样本来自柏林相关动物设施，包括C57BL/6和条件性敲除小鼠品系。

**研究结果**：

**Autophagy in hypothalamic NPY AGRP secreting neurons maintains NPY levels non-cell autonomously**
通过免疫组化发现，atg5^AGRP cKO小鼠下丘脑NPY⁺ AGRP⁺神经元中NPY肽水平显著下降，而Npy转录水平不变；海马齿状回门区和CA3区NPY神经元中NPY信号也降低，伴随SQSTM1/p62（sequestosome 1）积累，表明自噬缺失通过非细胞自主机制影响远处脑区NPY水平及蛋白质稳态。

**The autophagy-NPY axis shapes the hippocampal synaptic proteome non-cell autonomously**
蛋白质组学分析显示，atg5^AGRP cKO小鼠海马中突触信号和囊泡融合相关蛋白（如活性区蛋白RIMBP2）上调，钙稳态调控蛋白富集，而下丘脑出现线粒体电子传递链和核糖体蛋白下调，说明下丘脑自噬状态通过非细胞自主途径重塑海马突触蛋白质组。

**The autophagy-NPY axis modulates presynaptic remodeling at hippocampal synapses**
gSTED超分辨率显微镜分析海马CA3-CA1和苔状纤维-CA3（MF-CA3）突触，发现atg5^AGRP cKO小鼠中活性区支架蛋白BSN（bassoon）的斑点密度显著降低，而RIMBP2斑点密度及BSN、RIMBP2表达水平未变，表明自噬缺失选择性影响活性区纳米结构组织。

**NPY regulates presynaptic active zone organization independently of synapse number**
在npy KO小鼠中，海马CA3-CA1突触的RIMBP2斑点密度升高，MF-CA3突触的RIMBP2:BSN比率增加，而电压门控钙通道亚基CACNA1A/CaV2.1及突触后标记HOMER1的斑点密度无变化，提示NPY特异性调控RIMBP2的突触前聚集，但不影响突触数量或钙通道定位。

**NPY regulates Sqstm1/p62 transcription in hypothalamic NPY+ AGRP+ neurons**
npy KO小鼠下丘脑NPY⁺ AGRP⁺神经元中SQSTM1/p62蛋白和转录水平均降低，而海马中变化不显著；同时，下丘脑NPY受体（Npy1r、Npy2r、Npy5r）转录下调，表明NPY通过自分泌反馈调控Sqstm1/p62表达。

**Dietary Spermidine supplementation increases NPY levels during aging**
对老龄小鼠（24月龄）进行膳食亚精胺补充（自18月龄起6个月），发现海马门区NPY水平显著回升，甚至超过年轻对照（5月龄），而下丘脑MAP1LC3/LC3水平升高，但SQSTM1/p62未变，表明亚精胺可能通过激活自噬恢复神经肽信号。

**讨论与结论**：
讨论部分指出，下丘脑NPY⁺ AGRP⁺神经元中的自噬通过NPY信号非细胞自主地维持海马突触前活性区完整性，并调节突触蛋白质组。NPY作为下游效应分子，选择性调控RIMBP2的突触前聚集，而不影响突触数量。NPY缺失导致下丘脑Sqstm1/p62转录下降，提示自噬与NPY之间存在反馈调节。膳食亚精胺补充可逆转衰老相关的海马NPY下降，可能通过激活自噬实现。研究结论：下丘脑自噬通过NPY信号有助于远处脑区的突触前维持，可能整合代谢状态与突触可塑性。通过饮食或药物干预靶向自噬-NPY轴可能是维持衰老期间脑功能的有前景策略。