在小鼠中，由于脂肪-大脑轴的潜在关联，肥胖会影响认知能力下降。为了验证这一提议，Núria Olivera-Canellas 和西班牙赫罗纳大学医学和糖尿病系的一组研究人员通过对三个患者队列的脂肪组织进行 RNA 测序，鉴定出了与认知能力相关的 188 个基因。这些基因与突触功能、抗炎信号、维生素代谢、磷脂酰肌醇代谢和补体级联有关。
研究小组将这些发现转化为血浆代谢组，并将循环血液中的基因表达水平与816 名参与者的几个认知领域联系起来。他们展示了果蝇脂肪体中候选基因直系同源物的定向错误表达如何显着改变果蝇的记忆和学习能力。
此外，神经递质释放周期相关基因的下调提高了果蝇和小鼠的认知能力。结果显示了脂肪组织转录组和大脑功能之间迄今为止尚未确定的联系，从而获得了对脂肪组织诊断和治疗靶点前所未有的了解。该研究发表在《科学进展》上。
肥胖对大脑的影响
周围组织可以调节大脑功能，塑造不同的认知领域。生物学家对大鼠进行了研究，以揭示恢复骨髓细胞的葡萄糖代谢如何逆转衰老过程中认知能力的下降。此外，选择性消融胃肠道迷走神经传入神经会损害大鼠海马依赖性的情景记忆和空间记忆。这些研究强调肝脏在决定小鼠进食行为方面发挥着重要作用。
虽然肥胖与认知受损的风险有关，但中年期间体重指数的增加预示着认知能力的下降，其中主要包括记忆、执行功能和学习。然而，该过程背后的精确机制仍然很大程度上未知。
大脑可以调节脂肪组织的性能。因此，Olivera-Canellas 和团队在这项工作中研究了脂肪组织基因表达与认知功能之间定向相互作用的机制。他们利用脂肪组织的 RNA 测序分析来显示与不同认知领域相关的基因。科学家们还探索了外周血单核细胞中与人类认知功能相关的 几种基因的表达。
与肥胖和认知有关的基因
研究人员对 17 名年龄在 28 至 60 岁之间患有严重肥胖指数的个体的内脏脂肪组织进行 RNA 测序后进行转录组学，从而深入了解了脂肪-脑轴。他们进行了不同的认知测试来评估记忆的功能表现、执行功能和注意力。结果并未显示与体力活动、常量营养素、血糖或酒精摄入量存在显着相关性。
研究小组注意到所有认知测试的基因转录本都存在显着关联，其中包括不同认知领域的变异。这些基因编码的蛋白质在中枢神经系统中显示出功能，尽管它们在脂肪组织中与认知相关的表达是前所未有的。
在已识别的基因中，NUDT2 基因与智力障碍有关，AMPH 编码的蛋白质在轻度认知障碍和阿尔茨海默病患者的脑脊液中发生改变。OAT 是另一个在认知方面发挥重要作用的基因，而 KYNU 和 INMT 基因则参与色氨酸代谢。肥胖受试者记忆力受损，色氨酸代谢发生改变。
为了准确解释和识别与认知功能相关的脂肪组织通路，Olivera-Canellas 和团队将重要基因映射到ConsensusPathDB中包含的Reactome和WikiPathways数据库中。研究小组观察到，在中枢神经系统中与抑制控制、工作记忆、即时记忆和注意力相关的重要通路存在过多的代表性。他们还注意到与炎症相关的认知域相关的通路的过度表达，以及与工作记忆相关的缺口信号传导和补体激活的改变。
Olivera-Canellas 及其同事通过对 22 名年龄在 23 至 57 岁之间的严重肥胖受试者的内脏脂肪组织和皮下脂肪组织进行 RNA 测序来验证结果。这组患者接受了相同的一系列认知测试，这些测试是在脂肪组织样本采集后两到三年进行的。和以前一样，科学家们没有观察到体力活动、饮食、酒精摄入量和葡萄糖或血红蛋白水平之间存在显着关联。他们注意到基因与认知测试存在显着关联。
总的来说，研究小组注意到与注意力相关的轴突引导、神经系统发育、神经元系统和色氨酸途径，而内脏脂肪组织中激活的补体系统表明与多个认知领域的表现有很强的相关性。皮下脂肪组织途径与突触传递、神经元系统和与长期和短期记忆相关的一碳代谢有关。
脂肪-脑轴认知和脂肪组织相关基因的进一步实验
科学家们进一步注意到脂肪组织基因与神经元系统中的认知功能以及突触形成过程中的关联。这些过度表达的基因在突触功能和炎症中显示出关键作用。
研究小组进行了额外的实验，将脂肪组织与认知以及炎症联系起来。结果强调病态肥胖会影响脂肪组织基因与认知之间的关联，同时将基因的血液表达水平与认知表现联系起来。
研究人员使用果蝇(Drosophila melanogaster)来实验候选基因的脂肪组织相关表达对促进认知的因果作用。额外的分析包括对小鼠脂肪组织或果蝇脂肪体进行认知测试，以了解参与神经递质释放的基因簇。
外表
通过这种方式，Núria Olivera-Canellas 及其同事展示了大脑如何调节脂肪组织的性能，而相反的情况也是合理的。与轴突引导、神经系统发育、神经元系统、色氨酸和炎症相关的基因表达都与三个不同队列的认知有关。
结合对动物模型的进一步研究，研究人员提出了神经元网络所反映的不同组织和细胞中发生变化的系统发育过程。结果提供了有用的生物标志物来预测认知能力下降和监测治疗反应。
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