内脏脂肪切除术在阿尔茨海默病模型雄性小鼠中具有治疗益处

《Frontiers in Endocrinology》：Surgical removal of visceral adipose tissue has therapeutic benefit in male APPNL-F mice

本研究探索了在阿尔茨海默病(AD)小鼠模型的生命早期（症状前）和疾病进展期（症状期）进行内脏白色脂肪组织(vWAT)手术切除(VFR)的效果。研究发现，VFR的代谢和认知改善效果存在显著的性别和疾病阶段依赖性。仅在处于症状期的雄性APPNL-F小鼠中，VFR能改善葡萄糖代谢、胰岛素敏感性，并提升新颖物体识别(NOR)记忆能力，这与海马区学习和记忆相关标志物的上调有关。而雌性小鼠术后vWAT会迅速再生，且未能获得认知益处。该研究揭示了脂肪代谢、全身炎症与AD病理进展之间复杂的相互作用，为针对不同性别和疾病阶段的AD干预策略提供了新见解。

　　

引言

阿尔茨海默病(AD)是一种进行性神经退行性疾病，其发病机制复杂，不仅涉及异常蛋白聚集，还包括线粒体功能障碍、氧化应激、细胞衰老和慢性炎症等多种因素。越来越多的证据表明，外周器官，特别是内脏白色脂肪组织(vWAT)的异常积累，是AD的重要风险因素。vWAT不仅是能量储存器官，也是一个活跃的内分泌器官。中年期vWAT的堆积会导致全身性炎症、胰岛素抵抗、代谢综合征以及衰老细胞积累，这些都与认知能力下降和AD进展密切相关。手术切除vWAT在肥胖和衰老的啮齿类动物模型中已被证明可以改善代谢状况。基于此，本研究旨在探究在APPNL-F AD小鼠模型的不同疾病阶段进行VFR，是否能够改善其代谢特征并缓解认知障碍。

材料与方法

本研究使用携带人类A_β瑞典突变(KM670/671NL)和伊比利亚突变(I716F)的APPNL-F基因敲入小鼠。分别在症状前期（4月龄，淀粉样斑块沉积和认知衰退发生前）和症状期（16月龄，病理进展和功能衰退期）对雄性和雌性小鼠实施VFR手术（切除附睾/卵巢周围及肾周脂肪）或假手术。所有代谢和认知测试在小鼠18月龄时进行。评估指标包括：通过葡萄糖耐量试验(GTT)和胰岛素耐量试验(ITT)检测葡萄糖代谢；通过新颖物体识别(NOR)任务评估物体识别记忆；在19月龄时分析身体成分（体重、脂肪质量占比）；对肝脏和vWAT进行组织学与基因表达分析（涉及脂质生成、脂解、糖代谢、衰老及炎症相关基因）；通过ELISA检测血浆脂联素、瘦素和内脂素水平；并通过ELISA测定海马区可溶性A_β42水平。

结果

VFR在症状期改善雄性APPNL-F小鼠的物体识别记忆

认知测试结果表明，VFR的益处具有严格的性别和疾病阶段特异性。仅在症状期（16月龄）接受手术的雄性APPNL-F小鼠中，其NOR任务的保留指数和新物体偏好显著高于假手术对照组，表明物体识别记忆得到改善。而在症状前期（4月龄）接受手术的雄性小鼠，或任何时间点接受手术的雌性小鼠中，均未观察到VFR对记忆的积极影响。

VFR以年龄和性别依赖的方式改变体重和身体成分

身体成分分析显示，VFR导致vWAT不同程度地再生积累。几乎所有接受VFR的雌性小鼠（症状前期92%，症状期100%）都出现了vWAT再生，且质量与假手术组相当。相比之下，只有约50%的雄性小鼠出现vWAT再生。因此，症状期雄性VFR小鼠的总体重和总体脂肪百分比（包括棕色脂肪、皮下脂肪和vWAT）均显著降低，这主要归因于vWAT再生较少。在症状前期雄性小鼠中，尽管vWAT质量减少，但总体重与假手术组无差异，提示可能存在身体成分的其他变化。

再生vWAT的形态与代谢基因表达呈现性别差异

对再生vWAT的组织学分析发现，症状前期雄性VFR小鼠的脂肪细胞呈现增生表型，即细胞数量增多、平均内径减小。基因表达分析进一步揭示了代谢重编程的性别差异：

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  雌性小鼠：VFR后，其再生vWAT中脂质生成关键基因乙酰辅酶A羧化酶(ACC)和脂肪酸合酶(FAS)的表达上调，而脂解相关基因蛋白激酶A(PKA)、脂肪甘油三酯脂肪酶(ATGL)和激素敏感性脂肪酶(HSL)的表达下调。这种“促合成、抑分解”的模式导致了vWAT的快速再生。
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  雄性小鼠：在症状前期，VFR后vWAT的脂解基因(PKA, ATGL, HSL)表达上调；而在症状期，vWAT的脂质生成基因(ACC, FAS)表达则下调。这种差异化的调节可能与观察到的代谢结局密切相关。

VFR对肝脏脂质代谢和异位沉积的影响因性别和疾病阶段而异

研究人员检测了肝脏的异位脂质沉积。症状前期雄性VFR小鼠肝脏总脂质百分比显著升高，并伴有肝脏脂质生成基因（ACC、FAS、硬脂酰辅酶A去饱和酶1(SCD1)等）表达的上调，表明脂质从缺失的vWAT转移到了肝脏。相反，症状期雄性VFR小鼠的肝脏总脂质降低，且单酰基甘油脂肪酶(MGL)表达上调，提示肝脏脂解增强。雌性小鼠的肝脏脂质则在VFR前后无显著变化。

VFR对葡萄糖代谢的调节呈现性别二态性

与脂质代谢的变化一致，VFR对葡萄糖稳态的影响也具有性别特异性：

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  症状前期雄性小鼠：VFR后空腹血糖升高，葡萄糖耐量受损，肝脏糖异生基因（葡萄糖-6-磷酸酶(G6PC)和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PEPCK)）表达上调。同时，血浆脂联素和瘦素水平下降，而内脂素水平升高，这共同加剧了代谢功能障碍。
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  症状期雄性小鼠：VFR后胰岛素敏感性得到改善，肝脏葡萄糖转运蛋白2(GLUT2)表达上调。
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  雌性小鼠：尽管VFR后肝脏糖酵解（葡萄糖激酶(GCK)）和糖原合成（糖原合酶2(GYS2)）相关基因表达下调，但其血糖水平和胰岛素敏感性未发生显著变化。

VFR对脂肪组织及全身衰老与炎症的影响

脂肪组织，尤其是vWAT，是衰老细胞负担最高的组织之一。本研究发现：

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  脂肪组织：在症状前期雄性VFR小鼠的vWAT和皮下脂肪(SubQ)中，衰老标志物（p16^Ink4α， p21^Cip1）和衰老相关分泌表型(SASP)因子（肿瘤坏死因子α(TNFα)， 白细胞介素-10(IL-10)等）的基因表达增加。症状期雌性VFR小鼠的vWAT中p16^Ink4α和TNFα表达也增加。
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  海马：在雌性小鼠中，VFR增加了海马区p16^Ink4α（症状前期）和TNFα（两个阶段）的表达。而在雄性小鼠中，海马的衰老和炎症标志物未受VFR影响。有趣的是，症状期雄性VFR小鼠海马中与学习和记忆相关的基因显著上调，包括脂联素受体(AdipoR)、瘦素受体(LepR)、环磷酸腺苷反应元件结合蛋白1(Creb1)和颗粒体蛋白前体(PRGN)。这与其认知功能的改善相符。

VFR对海马Aβ水平的影响

可溶性A_β42是AD中与突触功能障碍相关的神经毒性物质。ELISA检测发现，仅在症状前期的雄性和雌性APPNL-F小鼠中，VFR导致了海马可溶性A_β42水平的升高。在症状期的小鼠中未观察到变化。

讨论

本研究系统地评估了VFR在AD不同疾病阶段对两性APPNL-F小鼠的影响，得出了明确结论：VFR的效果具有显著的性别和疾病阶段依赖性。仅在处于症状期的雄性小鼠中观察到了全面的益处，包括代谢改善（减少内脏肥胖、降低肝脏脂质、增强胰岛素敏感性）和认知提升（NOR记忆增强）。这种改善与海马区神经可塑性和记忆相关基因的上调同步。而在症状前期进行干预，对雄性小鼠反而产生了有害的代谢后果，包括肝脏异位脂质沉积、葡萄糖不耐受以及全身性炎症加剧，并且未能改善认知。

雌性小鼠对VFR的反应截然不同。无论在任何阶段手术，其vWAT都会迅速再生至接近原有水平，且未表现出代谢或认知方面的获益。这种性别差异可能源于进化保守的能量平衡策略和性激素对脂肪分布、代谢途径的不同调控。例如，雄性倾向于通过增加摄食来补偿脂肪损失，而雌性则通过降低产热和能量消耗来应对，这在本研究的基因表达模式中得到了印证。

研究结果揭示了脂肪组织动力学、全身代谢与AD病理之间复杂的相互作用。在AD早期（症状前期），脂肪的异常积累或再分布可能引发代谢紊乱和衰老细胞积累，从而加剧AD病理。而在疾病晚期（症状期），针对特定性别（雄性）去除多余的致病性脂肪，则可能通过改善代谢状态和脑内环境来产生治疗效益。这些发现强调了在开发和评估AD干预措施时，必须充分考虑性别和疾病阶段因素，也为未来探索针对脂肪代谢的精准AD治疗策略提供了重要的临床前依据。