甘油三酯（TGs）是一种重要的能量储备，可支持大脑突触功能。这项研究发现，神经元特异性甘油三酯脂肪酶DDHD2的活性抑制会导致小鼠迅速进入冬眠状态，表明体内神经元可能通过β-氧化不断消耗来自脂滴（LDs）的脂肪酸（FAs），以维持生物能量需求。实验显示，在分离的神经元中，电静默或阻断DDHD2会导致神经末梢脂滴的积累，而来源于轴突脂滴的脂肪酸则以活动依赖性方式进入线粒体，驱动局部ATP生成。这些数据表明，神经末梢能够利用脂滴在电活动中提供代谢支持，对体内神经元功能的维持具有关键作用。
【摘要】
大脑的适当供能对于维持认知功能至关重要，但脂肪酸（FA）燃烧在此过程中的作用一直模糊不清。本研究表明，急性阻断神经元特异性甘油三酯脂肪酶DDHD2（复杂遗传性痉挛性截瘫的驱动基因）或线粒体脂质转运蛋白CPT1会迅速引发成年雄性小鼠的冬眠状态。这些数据表明，体内神经元可能不断通过β-氧化消耗来源于脂滴的脂肪酸，以支持神经元的生物能量需求。我们还发现，在分离的神经元中，电静默或阻断DDHD2会导致神经末梢脂滴的积累，而来源于轴突脂滴的脂肪酸则以活动依赖性方式进入线粒体，驱动局部ATP生成。这些数据表明，神经末梢可以利用脂滴在电活动中提供代谢支持，并且在体内神经元功能维持中可能具有关键作用。
主要结果
神经元特异性的DDHD2脂肪酶定位于海马突触
突触是运动协调和记忆形成的关键部位。DDHD2脂肪酶活性的缺失会导致运动和认知能力受损，突显其在突触中的功能性重要性。免疫组化分析显示，DDHD2酶广泛分布于海马体，并特别富集于CA3区域的大型苔藓纤维突触终端。进一步分析表明，DDHD2与突触素共定位，特别是在轴突的神经末梢。此外，GFP-DDHD2和mRuby-突触素的共表达也显示出强共定位，皮尔逊相关系数为0.60 ± 0.048。
抑制DDHD2导致突触脂滴积累
KLH45（一种选择性DDHD2抑制剂）处理4天后的小鼠脑内甘油三酯显著升高，与基因剔除该酶时观察到的变化相似。在混合培养的海马神经元中，KLH45处理24小时后，神经元脂滴数量增加了五倍以上，而星形胶质细胞没有显著变化。使用BODIPY染色发现，约70%的突触终端含有脂滴。电子显微镜分析确认了突触囊泡簇附近的电子致密脂滴存在。这些数据表明，在稳态代谢条件下，甘油三酯不断被合成和消耗，而阻断DDHD2活性会使平衡向脂滴净积累方向倾斜。
神经元代谢需求触发脂滴中甘油三酯的动员
为了确定轴突中的脂滴脂肪酸是否被输送到轴突线粒体，我们使用了BODIPY 558/568 C12（Red-C12）进行脉冲追踪实验。结果显示，当神经元从无葡萄糖的环境中转移到含有脂肪酸的环境时，Red-C12逐渐转移到线粒体中，而CPT1抑制剂etomoxir的存在阻止了这一转移。这表明，轴突中的脂滴消耗受电活动调节。
脂滴衍生的脂肪酸通过β-氧化支持轴突ATP生产
我们使用了一种新开发的、动态范围大的线粒体ATP传感器mito-iATPSnFR2，来检测线粒体中的ATP水平。在完全缺乏葡萄糖的情况下，预先用棕榈酸喂养的神经元能够维持线粒体ATP水平，而CPT1抑制剂etomoxir的应用则导致ATP水平显著下降。这些实验表明，即使在完全缺乏葡萄糖的情况下，轴突线粒体也可以利用来源于脂滴的脂肪酸维持ATP生产。
脂滴支持低血糖条件下的囊泡回收
我们的数据表明，轴突DDHD2脂肪酶活性促进了脂滴释放脂肪酸，推动线粒体ATP生产。一个关键问题是，来源于脂滴的脂肪酸产生的ATP是否可以支持突触功能。实验显示，在缺乏可氧化碳源的情况下，预喂脂肪酸的神经元能够维持突触囊泡的回收，而CPT1抑制剂etomoxir的存在则阻止了这一过程。这些数据强烈支持脂滴衍生的脂肪酸可以作为替代燃料来源。
急性阻断CPT1或DDHD2脂肪酶诱导小鼠冬眠
冬眠是一种适应性低温状态，通常由包括食物限制和寒冷环境在内的代谢压力触发。我们假设，如果神经元不断利用脂肪酸进行β-氧化，那么阻断这一途径也会构成能量赤字，可能导致冬眠的诱导。实验显示，注射etomoxir或KLH45的小鼠核心体温迅速下降，分别在1小时内下降约3°C和3小时内下降近7°C。这些数据表明，至少某些类型的神经元部分依赖脂滴作为持续β-氧化的来源，从而帮助防止类似冬眠状态的发生。
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