综述：小胶质细胞脂滴作为年龄相关神经退行性疾病的治疗靶点

《npj Aging》：Microglial lipid droplets as therapeutic targets in age-related neurodegenerative diseases

本综述聚焦于小胶质细胞内脂滴（LDs）的病理生理作用，系统阐述了其在阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）等年龄相关神经退行性疾病（NDDs）中的积累机制及作为新型治疗靶点的潜力。文章深入探讨了脂滴积累微胶质细胞（LDAM）的代谢重编程（Metabolic Reprogramming）、脂噬（Lipophagy）失调等关键环节，并提出了通过促进脂滴降解以恢复小胶质细胞稳态的创新治疗策略。

　　

小胶质细胞脂滴作为年龄相关神经退行性疾病的治疗靶点

摘要

近年来，针对阿尔茨海默病（AD）的单克隆抗体（如lecanemab、aducanumab）已被证明能增强小胶质细胞的吞噬功能，凸显了小胶质细胞在神经退行性疾病（NDDs）中的治疗相关性。新兴证据表明，脂滴（LDs）与大脑衰老和NDDs密切相关，特别是在富含脂滴的小胶质细胞（即脂滴积累微胶质细胞，LDAM）中。LDAM表现出吞噬功能受损、氧化应激升高和脂质代谢失调。在通过转录组和功能分析鉴定出的小胶质细胞亚型中，LDAM具有明确的代谢特征，即过度的LDs积累和脂质周转中断。本文讨论了LDs的生物发生、其在小胶质细胞中的病理性积累以及靶向LDs的治疗潜力。我们进一步提出一个假设性机制，即清除LDs可恢复小胶质细胞的能量代谢、核质运输，促进DNA修复，抑制炎症并恢复吞噬功能。因此，阐明小胶质细胞中LDs的动态变化可能为改变NDDs病程提供新的治疗途径。

引言

脂滴（LDs）在肥胖、非酒精性脂肪肝、心血管疾病和癌症等疾病中的病理生理作用已被广泛研究。在中枢神经系统（CNS）中，LDs早在一个多世纪前就被描述——阿尔茨海默（Alois Alzheimer）在1907年将其称为AD患者胶质细胞中的“脂肪囊”。尽管有早期观察，但胶质细胞中LDs的作用在随后的一百多年里基本未被探索。

近期研究重新激发了这一领域的兴趣，越来越多的证据表明LDs与大脑衰老和AD有关，特别是通过富含LDs的小胶质细胞（如LDAM）的出现。小胶质细胞是CNS的常驻免疫细胞，在维持大脑稳态、监测损伤和应对疾病方面起着关键作用。近年来，积累的证据表明小胶质细胞功能障碍有助于多种NDDs的进展，包括AD、帕金森病（PD）和肌萎缩侧索硬化症（ALS）。

早期的小胶质细胞研究常将激活等同于神经炎症，但现在清楚的是，小胶质细胞的激活远比简化的M1/M2范式更多样化和动态。多组学表征和功能分析表明，小胶质细胞以疾病特异性的方式作出反应。靶向不同的小胶质细胞亚群，如疾病相关小胶质细胞（DAM）、神经退行性疾病中的小胶质细胞（MGnD）、白质相关小胶质细胞（WAM）和LDAM，作为NDDs的治疗策略具有相当大的潜力。这些亚型表现出独特的转录和功能特征，通常是对衰老或病理刺激的反应。然而，临床转化的一个主要障碍是目前缺乏能够在体内选择性操纵这些亚群的精确工具。

其中，富含LDs的小胶质细胞（通常称为LDAM）因其独特的代谢特征，特别是LDs积累和吞噬活性受损而脱颖而出，成为一个潜在易于处理的靶点。鉴于免疫细胞通过细胞内代谢重编程（即免疫代谢）动态适应其微环境，调节小胶质细胞中的LD代谢代表了一个有前景的治疗途径。

本综述探讨了LDs在小胶质细胞生物学中的新兴作用，重点关注其在神经退行性条件下的生物发生、积累和作为治疗靶点的潜力。我们强调了将小胶质细胞脂质代谢与神经退行性变联系起来的最新发现，并讨论了通过调节LDs动态来恢复小胶质细胞稳态的药理学策略。此外，我们提出了一个假设性机制，即促进LDs周转可能导致小胶质细胞的代谢重编程和功能恢复。理解小胶质细胞以及其他脑细胞（如神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞）中的LDs周转，可能为减缓或逆转NDDs的进展开辟新的治疗途径。

神经退行性疾病中的小胶质细胞脂滴

脂滴的生物发生

LDs是动态的细胞内细胞器，由中性脂质核心（主要是甘油三酯（TAGs）和胆固醇酯（CEs））组成，外包覆着嵌入调节蛋白的磷脂单层。与传统的膜结合细胞器不同，LD的生物发生起源于内质网（ER）的特殊化亚域，在那里TAGs和CEs分别由二酰基甘油酰基转移酶1和2（DGAT1/2）和酰基辅酶A：胆固醇酰基转移酶1和2（ACAT1/2）合成，并涉及长链酰基辅酶A合成酶（ACSLs）的参与。ACSLs在脂质代谢中起着关键作用，有助于LD成分如TAGs和CEs的产生。这些透镜状脂质结构，定义为LD生物发生过程中在ER膜的两个叶片之间形成的初始中性脂质聚集体，是脂质储存和适应细胞应激的关键枢纽。其蛋白质和脂质组成因细胞类型和条件而异，影响其定位、功能和代谢命运。

结构蛋白，特别是脂滴包被蛋白（PLIN1-5），调节LDs的稳定性和可及性。例如，PLIN2包被的LDs更容易降解，而PLIN1和PLIN5通过招募或激活脂肪甘油三酯脂酶（ATGL，一种关键的脂解酶）来促进脂解。LDs通过脂质运输和融合生长，这些过程由ER到LD（ERTOLD）和细胞质到LD（CYTOLD）的锚定蛋白介导。

传统上被视为被动的脂质储库，LDs现在被认为是活跃的细胞器，能够缓冲细胞应激。它们通过将过量的游离脂肪酸（FFAs）和其他活性脂质中间体隔离成惰性的中性脂质形式来减轻脂毒性。在营养匮乏期间，自噬从膜降解中释放FFAs，这些FFAs被DGAT1重新酯化为TAGs并储存在LDs中以防止线粒体损伤。氧化应激和ER应激也通过增强脂肪生成和磷脂周转（涉及MAPK激活的磷脂酶，如胞质磷脂酶A2α（cPLA2α））来刺激LDs形成。此外，LDs分隔多不饱和脂肪酸（PUFAs），保护它们免受过氧化。在慢性应激下，磷脂的溶酶体降解可能会增加可用于LD生物发生的脂肪酸池。

除了脂质缓冲，LDs还参与蛋白质质量控制、氧化还原调节和细胞器完整性。在生理状态下，它们支持膜稳态和细胞活力，并且也与病毒复制和肿瘤存活有关。关于LD生物发生的更多细节，之前的论文已有全面综述。LDs的合成机制简要图示于图1。

小胶质细胞LDs积累：来自其他细胞的脂质摄取、自身线索和非自身线索

胶质细胞（包括小胶质细胞）中的LDs积累已有超过一个世纪的记载。历史上与炎症和细胞应激相关，LDs形成现在被认为是一种更广泛的代谢反应，也可能反映细胞对环境线索的适应。

小胶质细胞中的LDs积累源于脂质供应和利用之间的不平衡。细胞内脂质的升高可能源于外源性输入，如细胞间脂肪酸转移，或内源性需求，如氧化应激和促炎信号传导——这反映了隔离过量脂肪酸和缓冲脂毒性应激的适应机制。神经元由于自身抗氧化防御能力较弱，脂肪酸氧化（FAO）能力有限，使其易于积累脂肪酸并随后发生脂质过氧化。神经元膜中富含的PUFAs尤其容易被活性氧（ROS）过氧化。在NDDs中，神经元线粒体功能障碍和ROS诱导胶质细胞中LDs积累，例如在果蝇中通过神经元JNK和SREBP激活导致神经退行性变。此外，氧化应激和线粒体功能障碍（衰老大脑的标志）可以使小胶质细胞代谢转向脂质储存，促进LDs积累。携带ApoE4等位基因的小胶质细胞表现出改变的细胞代谢，增加了细胞内毒性LDs的积累。在这项研究中，来自富含LDs的小胶质细胞的条件培养基以ApoE依赖性方式诱导Tau蛋白磷酸化和神经毒性。小胶质细胞响应淀粉样蛋白-β（Aβ）形成LDs，在人类AD大脑和5xFAD小鼠模型中，靠近淀粉样斑块处的LDs积累增加。在AD的嵌合模型中，斑块相关的人类小胶质细胞会积累LDs。有趣的是，衰老大脑中或靠近毒性蛋白聚集体（如Aβ）的小胶质细胞通常表现出衰老特征和升高的LD含量，这可能是由于自噬活性被抑制和代谢稳态被打乱。

关于LDs的代谢途径，LDs通过脂解和脂噬（LDs自噬）被代谢。在脂解中，TAGs被ATGL、激素敏感性脂肪酶（HSL）和单酰基甘油脂肪酶（MAGL）依次水解，释放FFAs和甘油。FFAs然后在线粒体中氧化产生ATP。同时，脂噬通过自噬途径介导LDs降解。与脂肪组织将脂解产物释放到循环中不同，非脂肪组织通常将它们引导进入线粒体或过氧化物酶体β-氧化以产生乙酰辅酶A。脂噬介导LDs向溶酶体区室的运输以进行降解，这一过程由自噬相关（ATG）蛋白协调。尽管脂噬和经典脂解代表脂质动员的机制不同的途径，但新兴证据表明它们之间存在功能性串扰。LDs周转的整个机制描述于图2。

中枢神经系统NDDs中的LDs积累

脂质代谢在大脑稳态中起着核心作用，其失调越来越被认为是NDDs的一个促成因素。大脑富含脂质且高度依赖能量稳态，尤其容易受到脂质处理失衡的影响。

LDs积累随着年龄增长在多个脑区（包括软脑膜、皮层和纹状体）进展。超微结构分析揭示了沿着血脑屏障（BBB）的LDs沉积，导致了与年龄相关的基底膜增厚。这些发现表明衰老调节了大脑内LDs的负荷和解剖分布。在小鼠中，衰老小胶质细胞表现出LD含量的显著增加，证据显示20个月大的小鼠比3个月大的小鼠BODIPY阳性细胞增多。这种与年龄相关的趋势在人类尸检组织中得到反映，其中PLIN2+Iba1+小胶质细胞在老年个体中更丰富。在本节中，我们探讨小胶质细胞LDs在NDDs（包括AD、PD和ALS）中的潜在参与。

AD中的小胶质细胞LDs

尽管阿尔茨海默在1907年首次注意到胶质细胞中的“脂肪囊”，但其重要性在超过一个世纪里基本被忽视。然而，最近，LDs在AD中的作用正受到越来越多的关注。近期研究揭示，LDs在AD发病机制早期积累——先于Aβ斑块和Tau缠结形成——并有助于疾病进展。LDs在转基因AD小鼠模型和人类AD大脑的室管膜细胞和胶质细胞中特别丰富。雄性小胶质细胞中的LDs积累损害tau清除并加剧tauopathy和神经炎症，突出了小胶质细胞LDs作为疾病进展的关键调节因子。

AD风险基因，包括髓系细胞触发受体2（TREM2）、固醇调节元件结合蛋白2（SREBP2）、载脂蛋白E（APOE4）、ATP结合盒转运体A1/7（ABCA1/7）、磷脂酰肌醇结合网格蛋白组装蛋白（PICALM）和低密度脂蛋白相关蛋白1（LRP1），参与脂质代谢、合成和运输，是疾病病理生理学的核心。对AMP-AD（加速药物伙伴关系-阿尔茨海默病）队列数据的分析一致表明AD大脑中脂质代谢相关基因的表达升高。鉴于AD中脑葡萄糖摄取减少，这种上调可能代表了对受损葡萄糖代谢的补偿性适应。值得注意的是，最近一项研究表明，在果蝇模型和人类AD大脑中，tauopathy神经元过度产生不饱和脂质，并将这些脂质转移给小胶质细胞。这种脂质转移导致小胶质细胞中LDs积累，驱动神经炎症。TREM2、CD36和LPL参与从AD相关神经元摄取脂质到小胶质细胞中。此外，损害脂质运输和清除的APOE突变可能加剧小胶质细胞中的LDs积累。APOE4等位基因是散发性AD最强的遗传风险因素，与保护性亚型APOE2和APOE3相比，与更严重的LDs积累相关。即使在缺乏神经元的情况下，APOE缺陷的胶质细胞也会积累更多LDs，而在P301S/APOE4小鼠中，ABCA1过表达减少了tau病理。此外，神经元腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）激活以细胞自主方式限制LD形成，并抑制脂质向小胶质细胞的转移，从而减轻小胶质细胞增生和神经毒性。

PD中的小胶质细胞LDs

PD是第二常见的神经退行性疾病，其特征是运动症状（如震颤、强直和运动迟缓）以及非运动特征（包括认知能力下降和睡眠障碍）。其神经病理学标志包括黑质多巴胺能神经元的进行性丧失和错误折叠且不溶性α-突触核蛋白的细胞内积累。使用荧光脂质探针BODIPY的组织学分析显示，在PD大脑的黑质中，多巴胺能神经元和中脑小胶质细胞内存在大量的细胞内脂质积累，而邻近的星形胶质细胞表现出相对较少的脂质负荷。

α-突触核蛋白主要是胞质的，但也动态地与膜结合，包括LDs。α-突触核蛋白在生理上与磷脂膜结合，这些膜的脂质组成影响其聚集倾向。积累的证据表明，α-突触核蛋白对细胞脂质代谢有显著的相互影响，强化了脂质相关缺陷在PD和其他突触核蛋白病发病机制中起核心作用的日益增长的观点。值得注意的是，α-突触核蛋白与LDs上的磷脂单层相互作用，在那里它抑制脂解并促进LDs积累。此外，α-突触核蛋白与LD相关蛋白相互作用以抑制脂解，并且其与LDs的结合已被证明能促进神经元内α-突触核蛋白的致病性错误折叠和聚集。

小胶质细胞不仅通过隧道纳米管快速吞噬和降解从神经元转移来的纤维状α-突触核蛋白，而且还缓冲过量的神经元α-突触核蛋白，从而减少神经元内的负担。此外，小胶质细胞特异性过表达α-突触核蛋白通过吞噬耗竭和氧化毒性导致严重的多巴胺能神经退行性变。由于LDs与α-突触核蛋白相互作用并调节其聚集倾向，富含LDs的小胶质细胞的存在很可能有助于PD进展。此外，α-突触核蛋白诱导的LDs积累可能加速小胶质细胞吞噬功能障碍并加剧炎症反应。图3提供了根据现有研究合成的AD、PD和ALS中LDs形成的比较图示，以及相关的风险因素。

ALS中的小胶质细胞LDs

LDs与运动神经元疾病有关，包括ALS。ALS病理包括脂质代谢的显著改变，特别是在胶质细胞中。尽管ALS中的脂质失调已得到充分证实，但小胶质细胞中LDs积累的作用迄今仍 largely unexplored，大多数证据集中在星形胶质细胞中的LDs形成。例如，ALS相关的SOD1^G93A小鼠在运动神经元中表现出异常的线粒体功能，并在脊髓的异常星形胶质细胞中积累LDs。沉默SOD1^G93A星形胶质细胞中的丙酮酸脱氢酶激酶（PDK2）可恢复线粒体生物能量学并促进更互连的线粒体网络。这种干预也降低了LDs含量，表明代谢向增强氧化能力转变。TDP-43的缺失在HeLa细胞中诱导不依赖凋亡的细胞死亡和LDs的堆积。与ALS相关的VAPB/ALS8突变参与果蝇肌肉中LDs的积累。SPG11的突变（也负责罕见形式的腓骨肌萎缩症（CMT）和进行性青少年发病的ALS）促进神经元中脂褐素样结构中的脂质积累。DGAT2（一种在LDs形成过程中负责将DAG转化为TAG的酶）的突变已被确定为一个常染色体显性早发性轴索性CMT家族的致病因素。

第2.3节涵盖了除小胶质细胞外其他脑细胞中LDs积累的研究。虽然NDDs中小胶质细胞LDs的研究主要集中在AD和脑衰老，但PD和ALS的研究大多检查了星形胶质细胞和其他细胞类型。然而，考虑到小胶质细胞在脑衰老中的作用及其在毒性蛋白聚集体周围形成LDs的倾向，不仅对AD，而且对其他NDDs中的小胶质细胞代谢异常和LDs形成进行进一步研究是必要的。

通过脂滴周转恢复小胶质细胞功能的假设模型

最近批准的针对AD中淀粉样蛋白聚集体的单克隆抗体（如lecanemab, aducanumab, donanemab）已被证明能恢复小胶质细胞的吞噬功能，这表明增强小胶质细胞吞噬作用在具有毒性蛋白聚集体的NDDs中具有治疗潜力。虽然吞噬途径的各个步骤正在被探索作为可药物靶点，但对富含LDs的小胶质细胞进行代谢重编程提供了一个引人注目的治疗方法。代谢重编程是纠正细胞代谢通路异常，使细胞恢复或增强有益功能的过程。在此背景下，可以通过抑制LD合成和增强LD降解来实现对富含LDs的小胶质细胞的代谢重编程。在信号通路水平上，这可以通过AMPK、PPARs、CPT1A、SREBP、LPL和TFEB等介导，这将在第4节讨论。具有过量LDs积累的小胶质细胞（常见于衰老大脑和AD）表现出严重受损的吞噬能力。由于Aβ和tau等蛋白聚集体促进小胶质细胞中LDs形成，旨在逆转这种脂质负载状态的策略可能恢复小胶质细胞功能并提供疾病修饰益处。

值得注意的是，积累LDs的小胶质细胞（称为LDAM）在衰老大脑中富集，并且可能与衰老小胶质细胞共享分子和表型特征。衰老小胶质细胞表现出核质运输（NCT）功能障碍、DNA损伤以及衰老相关分泌表型（SASPs）的分泌，包括细胞因子、ROS和NO。此外，衰老胶质细胞是对神经元线粒体功能障碍的反应而出现的。靶向这些细胞可减少衰老标志物，延长寿命和健康寿命，并防止脂质堆积，但会增加脑氧化损伤且不能恢复神经元线粒体功能。这些发现将衰老胶质细胞定位为衰老中线粒体功能障碍和脂质失调之间的联系。近期研究表明，LDs积累本身可能是细胞衰老的一个标志。衰老细胞中常见的脂肪酸代谢紊乱进一步驱动LDs形成，强化了线粒体生物能量学受损和慢性炎症的病理循环。

小胶质细胞的吞噬能力依赖于脂肪酶介导的从细胞内脂质储存中释放脂肪酸。ATGL缺陷损害TAG水解，导致细胞内FFA水平降低和LDs积累。因此，ATP产生下降，导致吞噬功能受损。脂肪酸代谢紊乱（衰老的一个标志）从而促进LDs形成，并在小胶质细胞中建立了一个以线粒体能量产生效率低下和持续炎症反应为特征的恶性循环。

在5xFAD AD小鼠中，小胶质细胞上调糖酵解酶己糖激酶2（HK2），然而这种代谢转变无法满足有效吞噬的能量需求，并有助于炎症反应。有趣的是，HK2抑制将小胶质细胞代谢重编程转向脂质利用，增强ATP产生并延迟疾病进展。这种转变减少了糖酵解中间体，如葡萄糖-6-磷酸（G-6-P）和果糖-6-磷酸（F-6-P），否则它们会抑制脂质代谢基因的表达。结果是脂质摄取增强，部分由LPL上调介导。然而，要使增加的脂质摄取有效支持能量生产，进口的脂质必须被导向FAO而不是储存为LDs。尽管尚不清楚单独抑制糖酵解是否足以诱导完全转向FAO的代谢转换，但现有证据表明，重新激活脂质代谢与恢复的吞噬功能密切相关。

综上所述，我们假设靶向小胶质细胞中的LDs可以打断病态的能量代谢循环并促进功能恢复。这里的功能恢复指的是LDs负载小胶质细胞中观察到的关键特征的正常化，包括升高的ROS、促炎表型、受损的吞噬作用和紊乱的代谢平衡。

在NDDs中，持续的细胞应激触发小胶质细胞的适应不良反应，导致LDs周转失衡和过度的LDs积累。这进而通过物理阻碍核与质之间的大分子运输损害NCT。此外，LDs可以与细胞核发生物理关联，可能影响核形态和完整性，并导致DNA损伤和细胞应激。例如，油酸诱导的LDs可以物理性地压痕和置换细胞核，局部消耗Lamin-B1，有时导致核破裂，并触发cGAS积累、DNA修复因子错误定位、DNA损伤和巨噬细胞中细胞周期延迟。关于LDs作为核孔蛋白的生理储库，LDs积累影响核孔复合体（NPCs）的构象，从而影响其在核质运输、染色质构型和基因组稳定性方面的功能。因此，我们推测LDs形成本身就足以损害NCT系统。此外，LDs超负荷与核孔复合体（NPCs）的结构和功能破坏有关，进一步加剧核质运输缺陷。持续积累、未代谢的LDs助长了代谢功能障碍的恶性循环，损害稳态调节，并逐渐削弱小胶质细胞的吞噬和免疫调节功能。这些功能失调的小胶质细胞最终可能有助于慢性神经炎症，或称为“炎症衰老”。

为了打断这个病理循环，我们提出了一个以强制LD降解为中心的治疗策略的假设模型。促进LDs周转启动一个多方面的代谢重编程级联反应。提出的机制包括：

(1) 通过脂解或脂噬增强LD代谢；

(2) 增加对线粒体的脂肪酸供应；

(3) 通过移除机械障碍（LDs）恢复NCT；

(4) 通过改善DNA修复蛋白的核输入促进DNA修复；

(5) 抑制炎症介质释放；

(6) 最终，小胶质细胞的功能恢复（图4）。

这个假设框架也可能适用于其他富含LDs的脑细胞类型，如神经元和星形胶质细胞。线粒体功能必须保持完整，因为通过脂解或脂噬从LDs释放的脂肪酸需要在线粒体中完全氧化以避免额外的代谢负担。在线粒体功能障碍的情况下，例如在Mfn1KO细胞中，FAs被重新导回LDs或从细胞输出而不是被氧化。此外，如果未适当代谢，过量的FFAs可能诱导脂毒性。虽然增加的FAO可以支持能量生产，但它也可能提高线粒体ROS水平，需要平衡激活抗氧化防御系统以防止氧化损伤。因此，安全有效清除LDs的代谢先决条件包括足够的线粒体氧化能力、有能力的FAO和强大的ROS缓冲系统。

由于脂质是小胶质细胞的主要能量来源，调节LDs周转——而非不分青红皂白地消除LDs——是至关重要的。此外，尚不清楚在没有显著脂质积累的小胶质细胞中促进LDs降解是否赋予任何功能益处，因为LDs在氧化应激下生理上保护细胞。这些考虑强调了需要精确的策略，考虑到小胶质细胞的代谢状态和恢复力。以环境依赖的方式增强LDs代谢可能为恢复小胶质细胞稳态和减轻神经退行性变提供最有效的途径。

靶向脂滴的潜在治疗方法

热量限制（CR）、间歇性禁食（IF）和运动在各种NDDs模型中 consistently 与寿命延长和神经保护相关，其效应部分通过衰老时钟捕捉。它们在衰老相关NDDs中的共享治疗机制与自噬和脂质代谢密切相关，特别是通过调节关键信号通路如mTOR、AMPK和TFEB。例如，CR和IF重塑肝脏脂滴蛋白质组和二酰基