靶向葡萄糖抑制的海马CCK中间神经元可预防饮食诱导肥胖中的认知障碍

Targeting glucose-inhibited hippocampal CCK interneurons prevents cognitive impairment in diet-induced obesity.

作者信息Taylor Landry, Laura Perrault, David Melville, Zhe Chen, Ya-Dong Li, Ping Dong, W Todd Farmer, Brent Asrican, Hannah Lee, Libo Zhang, Ryan N Sheehy, Corina Damian, Thomas Collins, Nehemiah Stewart, E S Anton, Juan Song
PMID40939593
期刊Neuron
发布时间2025-11-19
DOI10.1016/j.neuron.2025.08.016

实验完整度

包含体外离体脑片钙成像、体内光纤记录、化学遗传学操作、行为学测试、免疫组化及长期DIO模型等多个独立证据层级,并进行功能验证和机制验证。

主要模型

C57BL/6J小鼠模型 VGAT-Cre、CCK-Cre、NPY-Cre、PV-Cre转基因小鼠 短期高脂饮食(stHFD)小鼠模型 饮食诱导肥胖(DIO)小鼠模型

重点核对

小鼠遗传背景:C57BL/6J HFD饮食成分:58%脂肪,D12331,Research Diets stHFD持续时间:5天 化学遗传学操作:CNO剂量1 mg/kg,给药时间1.5小时 CCK-IN活性检测:光纤光度法、cFOS染色

摘要

代谢紊乱与认知衰退风险增加密切相关,西方饮食模式的高脂饮食(HFD)被认为是关键促进因素。然而,其潜在的细胞和分子机制仍不清楚。在此,我们证明短期HFD(stHFD)摄入通过诱导齿状回(DG)胆囊收缩素表达中间神经元(CCK-INs)的过度活跃来破坏记忆处理。我们确定DG CCK-INs为葡萄糖抑制性神经元,它们对stHFD诱导的DG葡萄糖可用性降低做出反应而变得过度活跃,这与糖酵解酶丙酮酸激酶M2(PKM2)磷酸化增加相一致。恢复葡萄糖可用性、降低PKM2表达或抑制PKM2活性可正常化CCK-IN活性并挽救记忆缺陷。此外,在饮食诱导肥胖小鼠模型中,预防CCK-IN过度活跃或PKM2磷酸化的干预措施可防止长期认知障碍。这些发现揭示了饮食代谢应激破坏海马功能的一种先前未识别的机制,并强调DG CCK-INs和PKM2是预防与代谢紊乱相关的认知衰退的有前景的治疗靶点。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
短期高脂饮食如何通过细胞和分子机制导致认知障碍?
核心机制
短期高脂饮食通过降低海马葡萄糖可用性,使齿状回胆囊收缩素表达中间神经元(CCK-INs)过度活跃,机制涉及PKM2磷酸化增加及其核转位,导致记忆处理受损。
主要证据
通过光纤光度法、钙成像、化学遗传学操作、免疫组化等实验,证明stHFD降低DG葡萄糖可用性和GLUT1表达,增加pPKM2ser37,恢复葡萄糖或抑制PKM2活性可正常化CCK-IN活性并改善记忆表现。
研究意义
研究揭示了饮食代谢应激破坏海马功能的新机制,并指出DG CCK-INs和PKM2是预防代谢紊乱相关认知衰退的有前景的治疗靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立stHFD小鼠模型并评估认知功能

确定短期高脂饮食是否影响海马依赖的认知功能

8-9周龄野生型小鼠喂食HFD(D12331)或标准饮食5天,进行新物体位置识别(NPR)和情境恐惧条件化(CFC)等行为测试。

2

记录DG神经元活动

检测stHFD对DG主要神经元群体基线活性的影响

使用光纤光度法记录表达GCaMP的DG颗粒细胞和中间神经元的钙活动。

3

化学遗传学操纵DG中间神经元

验证DG中间神经元活性与stHFD诱导的认知缺陷之间的因果关系

在VGAT-Cre或CCK-Cre小鼠DG中表达hM3Dq或hM4Di,并通过CNO激活或抑制神经元,然后进行NPR测试。

4

评估葡萄糖可用性与CCK-IN活性

确定DG CCK-INs对葡萄糖水平的响应特性

通过离体脑片双光子钙成像和在体光纤记录,评估CCK-INs对高低葡萄糖浓度变化的反应。

5

验证葡萄糖补充对认知和神经元活性的影响

测试增加葡萄糖可用性是否能逆转stHFD小鼠的CCK-IN过度活跃和记忆缺陷

对stHFD小鼠进行IP葡萄糖注射或重新喂食,并记录CCK-IN活性,同时进行NPR测试。

6

检测PKM2信号通路

探究PKM2及其磷酸化在stHFD诱导的CCK-IN过度活跃中的作用

通过免疫组化检测CCK-INs中PKM2、pPKM2ser37和pH3t11的表达,并通过shRNA敲低PKM2或使用抑制剂shikonin抑制PKM2,观察对神经元活性和认知的影响。

7

长期干预DIO小鼠

评估早期干预CCK-IN活性或PKM2表达是否能预防DIO小鼠的认知衰退

在DIO小鼠(10周HFD)中,通过化学遗传学抑制CCK-INs或敲低PKM2,并进行NPR和旷场测试。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
D12331Research Diets--
氯氮平-N-氧化物NIHC-929
紫草素SelleckChemS8279
pENN-AAV5-CAMKII-GCaMP6fAddgene100834-AAV5
AAV9-hsyn-FLEX-jGCaMP7fAddgene104492-AAV9
AAV5-CAG-tdTomatoUNC Vector Core--
AAV2-hsyn-DIO-hM3Dq-mCherryAddgene44361-AAV2
AAV2-hsyn-DIO-hM4Di-mCherryAddgene44362-AAV2
AAV2-hsyn-DIO-mCherryAddgene50459-AAV2
pAAV2[miR30]-SYN1>mCherry:{mPkm[miR30-shRNA]}:WPREVectorBuilder--
pAAV2[miR30]-SYN1>mCherry:Scramble[miR30-shRNA]}:WPREVectorBuilderVB231005
抗豚鼠c-Fos抗体Synaptic SystemsRRID: AB_2800522
抗兔PKM2抗体ThermoFisherRRID: AB_2546176
抗兔pPKM2ser37抗体SignalwayCat#: 11456-2
抗兔PKM1抗体Cell SignalingRRID: AB_2715534
抗兔pH3t11抗体AbcamRRID: AB_304759
抗兔pro-CCK抗体FrontierRRID: AB_2571674
抗兔GLUT1抗体Cell SignalingRRID: AB_3064908
Alexa Fluor 647驴抗兔二抗InvitrogenRRID: AB_2762835
Alexa Fluor 568驴抗兔二抗InvitrogenRRID: AB_2534017
Alexa Fluor 488驴抗兔二抗InvitrogenRRID: AB_2535792
Alexa Fluor 647山羊抗豚鼠二抗ThermoFisherRRID: AB_2535867
Alexa Fluor 488驴抗山羊二抗Jackson ImmunoRRID: AB_2340472
VGAT-ires-Cre小鼠Jackson laboratoryRRID: IMSR_JAX:016962
CCK-ires-Cre小鼠Jackson laboratoryRRID: IMSR_JAX:012706
NPY-ires-Cre小鼠Jackson laboratoryRRID: IMSR_JAX:027851
Pvalb-ires-Cre小鼠Jackson laboratoryRRID: IMSR_JAX:017320

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
饮食干预
HFD配方、喂养时间
阅读提示:STAR★Methods 'Dietary Manipulations'
立体定位注射
注射坐标、病毒体积和速率
阅读提示:STAR★Methods 'Stereotaxic Injections'
行为测试
NPR测试参数、CNO剂量和时间
阅读提示:STAR★Methods 'Behavior Testing'
光纤光度记录
GCaMP表达、记录参数、数据分析方法
阅读提示:STAR★Methods 'Fiber photometry recording'
离体脑片钙成像
脑片制备方法、葡萄糖浓度、成像参数
阅读提示:STAR★Methods '2-Photon Microscopy in Acute Brain Slice'
药物处理
shikonin剂量、给药方式
阅读提示:STAR★Methods 'Drug Treatments'
免疫组织化学
抗体稀释度、孵育时间
阅读提示:STAR★Methods 'Brain Immunohistology'
化学遗传学操作
CNO给药途径、剂量和持续时间
阅读提示:STAR★Methods 'Chemogenetic manipulation'