2023年5月28日東南大學劉莉潔團隊在International Journal of Molecular Sciences發(fā)表 “High-Fat Diet Consumption Induces Neurobehavioral Abnormalities and Neuronal Morphological Alterations Accompanied by Excessive Microglial Activation in the Medial Prefrontal Cortex in Adolescent Mice”，揭示了高脂肪飲食導致青春期小鼠內(nèi)側前額葉皮層小膠質細胞過度激活進而導致神經(jīng)行為異常和神經(jīng)元形態(tài)學改變。

高脂肪飲食(HFD)與情緒/認知障礙之間具有明顯關聯(lián)，前額葉皮層(PFC)是與情緒和認知相關的核心大腦區(qū)域，其一個顯著特征是其青春期成熟期延長，這使得它在青春期極易受到環(huán)境因素的不利影響。PFC結構和功能的破壞與情緒/認知障礙有關，尤其是那些出現(xiàn)在青春期后期的障礙。HFD在青少年中很常見，但它對青春期晚期PFC相關神經(jīng)行為的潛在影響以及任何相關的潛在機制尚未確定。在本研究中，給青春期（產(chǎn)后28-56天）雄性小鼠喂食對照飲食或HFD，并在高爾基體之外進行行為測試mPFC的染色和免疫熒光。喂食HFD的青春期小鼠表現(xiàn)出焦慮和抑郁樣行為和異常的mPFC錐體神經(jīng)元形態(tài)，伴隨著小膠質細胞形態(tài)的改變，表明激活狀態(tài)增強，小膠質細胞PSD95+包涵體增加，表明mPFC中的突觸物質被過度吞噬。這些發(fā)現(xiàn)為青少年HFD引起的神經(jīng)行為影響提供了新的見解，并表明在青少年HFD相關情緒障礙的小膠質細胞功能障礙和前額葉神經(jīng)可塑性缺陷中發(fā)揮作用。

圖一 HFD對食物攝入、熱量攝入和體重的影響

作者首先探究HFD對食物和能量攝入以及體重的影響，于是在整個飲食治療期間監(jiān)測食物攝入、熱量攝入和體重。在4周的飲食暴露期間，各組的食物攝入量類似，但HFD小鼠的熱量攝入量明顯高于對照飲食小鼠。雖然各組之間的初始體重相當，但相對于對照組動物，HFD組的動物表現(xiàn)出體重顯著升高。在一周的飲食治療后直至研究結束，HFD組動物的體重明顯高于對照組動物。

圖二 青春期對小鼠神經(jīng)行為的影響

作者進行了一系列行為測試以探究青少年HFD對情緒和認知功能的影響。在礦場試驗（OFT）中，HFD組中心區(qū)持續(xù)時間和中心區(qū)行進距離的比例降低，而總行進距離、行進速度沒有受到影響。在高架十字迷宮(EZM)測試中，在移動的總距離、張開雙臂持續(xù)時間或張開雙臂進入方面沒有觀察到組間的統(tǒng)計差異。結果表明，青少年HFD消費增加了小鼠的焦慮樣行為，但并未損害運動活動。此外，在糖水偏好測試(SPT)期間，喂食HFD的小鼠表現(xiàn)出糖水偏好降低，但總液體攝入量正常，表明快感缺乏和抑郁樣行為。然而，兩組動物在強迫游泳測試(FST)的不動時間沒有明顯差異。為了確定青少年HFD暴露對認知功能的影響，又進行了筑巢(NB)測試和時間順序識別(TOR)任務以探索動物進行日?；顒雍驼故緯r間順序識別記憶的能力，HFD小鼠的分數(shù)在24小時時與對照小鼠的分數(shù)相當，但在12小時表現(xiàn)出下降趨勢。在TOR任務中，各組之間的辨別率沒有顯著差異。這些行為測試結果表明，青春期攝入HFD會促進焦慮和抑郁樣行為。

圖三 青春期HFD對內(nèi)側前額葉皮質錐體神經(jīng)元形態(tài)的影響

為了研究青少年HFD暴露對前額葉神經(jīng)可塑性的影響，使用高爾基染色和 Sholl分析來評估邊緣前皮層(PL)和邊緣下皮層(IL)中錐體神經(jīng)元的形態(tài)（樹突復雜性、脊柱密度和脊柱形態(tài)）。喂食HFD的小鼠在mPFC中表現(xiàn)出樹突復雜性降低，表現(xiàn)為PL和IL中樹突長度的減少（PL中頂端樹突分支數(shù)量的減少，以及 PL和 IL中與等距 Sholl 球體的樹突交叉數(shù)量的減少)。這些數(shù)據(jù)表明，在青春期長期食用HFD后會發(fā)生樹突萎縮。接下來作者檢測了頂端樹突的脊柱密度，其中樹突復雜性的降低更為明顯。在mPFC的脊柱密度中沒有觀察到組之間的顯著差異。然而，對脊柱形態(tài)的進一步定量分析表明青春期小鼠暴露于HFD會損害mPFC區(qū)域的形態(tài)學神經(jīng)可塑性。為了評估情緒異常與樹突萎縮之間的關系，使用Pearson相關性檢驗計算了同一小鼠的行為參數(shù)與神經(jīng)元形態(tài)學指標之間的相關性。mPFC中的頂端樹突長度與OFT中的中心區(qū)域持續(xù)時間、EZM中的開放臂停留時間以及SPT中的糖水偏好顯著相關，表明HFD喂養(yǎng)的焦慮和抑郁樣行為小鼠與mPFC錐體神經(jīng)元萎縮有關。

圖四 青少年HFD對mPFC中小膠質細胞形態(tài)的影響

神經(jīng)發(fā)育和神經(jīng)行為異常中的小神經(jīng)膠質細胞活性與神經(jīng)元可塑性之間的密切相關性已得到證實。由于形態(tài)學與小膠質細胞的功能顯著相關，通過使用電離子鈣結合銜接分子1（Iba1，小膠質細胞特異性標記物）和分化簇68（CD68，吞噬細胞小膠質細胞標記）。小膠質細胞的代表性共聚焦圖像與每組的Iba1和 CD68共染色發(fā)現(xiàn)兩組間的小膠質細胞密度無統(tǒng)計學差異。與對照組相比，HFD組的小膠質細胞體細胞面積增加，表明小膠質細胞過度活化。此外，小膠質細胞表型特征使用基于Iba1+小膠質細胞內(nèi)CD68表達的評分進行表征，分數(shù)越高表示小膠質細胞激活程度越高。青少年HFD導致CD68+小膠質細胞比例增加，進一步證明HFD導致mPFC中小膠質細胞的激活狀態(tài)更高。

圖五 青少年HFD攝入對mPFC中PSD95斑點小膠質細胞吞噬作用的影響

據(jù)報道，小膠質細胞對突觸物質的異常吞噬作用會導致神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)展。為了確定小膠質細胞吞噬作用是否與在HFD喂養(yǎng)的青春期小鼠中觀察到的神經(jīng)可塑性改變有關，作者獲得了mPFC的PL和IL中突觸后致密區(qū)的一種富集蛋白PSD95和Iba1雙標記免疫熒光圖像。在三維投影圖像中觀察了所有小鼠組中PSD95陽性斑點的小膠質細胞吞噬情況。與通過高爾基體染色獲得的神經(jīng)可塑性數(shù)據(jù)類似，HFD組的小鼠在mPFC的PL和IL中表現(xiàn)出總體 PSD95密度顯著降低。接下來作者借助三維量化了每個小膠質細胞共定位到 Iba1的PSD95陽性斑點信號。與對照的小鼠相比，在喂食HFD的小鼠中，PL和 IL中每個小膠質細胞與Iba1共定位的PSD95斑點的體積和綜合熒光強度增加，這些發(fā)現(xiàn)表明青少年HFD促進PSD95斑點的小膠質細胞吞噬作用。

綜上所述，青春期的HFD明顯誘導了小鼠的焦慮和抑郁樣行為。該研究首次證明了青少年HFD攝入對mPFC錐體神經(jīng)元形態(tài)的不利影響，這可能與 mPFC中小膠質細胞過度激活相關的突觸元件的小膠質細胞吞噬作用增強有關。研究結果強調了在神經(jīng)發(fā)育的敏感窗口（例如青春期）保持健康飲食習慣的重要性，并為前額錐體神經(jīng)元和小膠質細胞在HFD誘導的神經(jīng)行為障礙中的關鍵作用提供了進一步的證據(jù)。該研究表明，小膠質細胞是神經(jīng)可塑性和行為異常的關鍵介質，為情緒障礙提供了新的潛在治療靶點和干預策略。

文章來源

https://www./1422-0067/24/11/9394