​Nat Comm：高天明团队首次发现EPA对小鼠学习记忆具有急性损害作用

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来源 | BioArt

大脑中富含各种脂肪酸，而有些脂肪酸如ω-3不饱和脂肪酸就像必需氨基酸一样对人体非常重要，因为它们不能在体内合成而必须由食物中获得。我们在生活中所熟知的DHA以及EPA就是其中两种ω-3不饱和脂肪酸，深海鱼油富含这两种脂肪酸。目前很多临床证据表明，进食DHA和EPA可预防心血管疾病【1-3】，据此美国和欧洲心脏协会指南推荐将补充DHA和EPA用于心肌梗死后的患者，美国FDA也批准将EPA作为降低甘油三酯和预防心脏病的药物，并且欧洲医药局也批准将DHA和EPA补充剂用于预防心血管疾病，而DHA和EPA补充剂已成为一种产业，2011年的市场销量已经突破250亿美元，而且每年还以15%的增长率逐年增长。除了对外周心血管疾病的预防作用外，ω-3不饱和脂肪酸对中枢神经系统疾病也有益处。比如临床研究表明，每天进食一定量的EPA可治疗不同程度的抑郁症【4,5】。而目前关于EPA和DHA对正常认知功能的影响及其发挥作用的分子靶点了解很少。

近日，南方医科大学高天明教授团队在Nature Communications杂志上发表了题为Acute EPA-induced learning and memory impairment in mice is prevented by DHA的研究论文，探讨了EPA和DHA对认知功能的影响并对其分子靶点进行了深入研究。

作者首先发现给予成年小鼠灌胃不同浓度（由临床上常用浓度换算而来）的EPA，1小时后发现小鼠海马组织中EPA浓度升高，并且其学习记忆和海马CA1区的长时程增强（Long-term potentiation，LTP，一种学习记忆的细胞模型）均受损。同时作者也发现，灌胃EPA后海马脑区的EPA浓度呈现出时间依耐性：EPA浓度在灌胃后1小时和2小时后显著升高，而3小时后其浓度回到正常水平，其对学习记忆和LTP的损害作用也呈现类似的时间依赖性，说明EPA对小鼠的学习记忆和LTP具有急性损害作用。但是进一步研究发现EPA不具有慢性损害作用。由于市场上的婴幼儿奶粉中含多种ω-3不饱和脂肪酸，作者还检测了EPA对出生后21天小鼠（相当于人类的2-3岁）学习记忆的作用，发现EPA1也急性损害小鼠的学习记忆和LTP。

为了进一步证明EPA对学习记忆的损害作用，作者使用了一种转基因小鼠fat-1鼠，该小鼠体内转入了fat-1基因，其编码一种脱饱和酶，可使体内的ω-6不饱和脂肪酸转化为ω-3不饱和脂肪酸。作者在该小鼠上发现，其皮层和海马区的EPA含量显著高于野生型小鼠，同时该小鼠的学习记忆和LTP均受损。而将针对fat-1基因的RNA干扰病毒注射到海马脑区后，该小鼠海马区的EPA含量以及学习记忆和LTP均回到正常水平。以上证据进一步表明，升高EPA可损害小鼠的学习记忆和LTP。

作者进一步对EPA的分子靶点进行探讨。由于LTP的诱导主要由谷氨酸的AMPA和NMDA受体介导，作者首先验证EPA对这两种受体有无影响。结果表明EPA不影响这两种受体介导的突触电流。进一步采用放射性配体受体结合实验进行筛选发现，EPA与五羟色胺受体6（5-HT6R）具有高亲和力。作者进一步通过293T细胞转染5-HT6R、5-HT6R阻断剂及基因敲除小鼠证实EPA是通过5-HT6R损害学习记忆和LTP。

作者进一步探讨了EPA影响学习记忆和LTP的细胞机制。文献报道，5-HT6R主要表达在谷氨酸能兴奋性神经元和GABA能抑制性神经元上【6】，而前述实验结果表明EPA不影响谷氨酸能突触传递，推测EPA可能通过GABA能突触传递影响学习记忆和LTP。为了验证这一假说，作者首先证明5-HT6R在海马区GABA能神经元上有表达，然后发现EPA可增加GABA能突触传递，而给予5-HT6R阻断剂后或者敲除5-HT6R后，EPA不再增加GABA能突触传递，并且GABAA受体阻断剂也可阻断EPA对LTP的损害，而GABAA受体激动剂则可模拟EPA对LTP的损害。作者通过特异性敲低GABA神经元上的5-HT6R，进一步证明EPA是通过该受体促进GABA能突触传递，从而损害学习记忆和LTP。

但是，目前并没有关于含ω-3不饱和脂肪酸的补充剂以及深海鱼油（ω-3不饱和脂肪酸的主要来源）对学习记忆有损害作用的报道。而作者进一步通过分析上述补充剂和深海鱼油中的成分配比发现，EPA和DHA的比例基本都在1:1~1:2之间，这提示EPA和DHA的比例可能对学习记忆非常重要。为了证明这一假说，作者首先验证不同浓度的DHA的作用，发现DHA单独使用并不影响学习记忆。然后作者又采用EPA和DHA的不同比例的混合物对小鼠进行灌胃处理，结果发现，EPA/DHA比例在2:1时对学习记忆和LTP仍然有损害作用，而EPA/DHA在1:1和1:2时对学习记忆和LTP没有损害作用。这提示DHA在1:1和1:2的浓度配比时可对抗EPA的损害作用。在细胞水平上也发现，DHA本身可抑制GABA能突触传递，在1:1和1:2的浓度配比时，DHA可对抗EPA对GABA能突触传递的增强，表明DHA可能通过平衡GABA能突触传递从而对抗EPA的损害作用。进一步采用放射性配体受体结合实验研究发现，DHA与5-HT_2CR结合具有高亲和力，而5-HT_2CR阻断剂可阻断DHA对GABA能突触传递影响和对抗EPA的作用，这些证据表明，DHA可能通过5-HT_2CR抑制GABA能突触传递，从而对抗EPA对学习记忆和LTP的损害作用。

综上，该研究首次发现EPA对小鼠学习记忆具有急性损害作用，更为重要的是发现合用DHA可防止EPA的损害作用，并揭示了这些ω-3不饱和脂肪酸发挥作用的分子靶点。该研究丰富了ω-3不饱和脂肪酸在神经系统中的作用及其机制，并且为人类安全有效使用ω-3不饱和脂肪酸防治疾病提供了科学指导。需要指出的是，目前关于富含EPA配方的临床研究并未报道对认知功能有损害作用，但是这些研究都是观察其慢性作用，因此今后的临床研究应该考虑EPA的急性作用。

南方医科大学博后刘吉红博士为该论文的第一作者，南方医科大学高天明教授为通讯作者。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-020-19255-1

制版人：十一

参考文献

1.Rizos, E. C. & Ntzani, E. E. omega-3 Fatty acids and lutein + zeaxanthin supplementation for the prevention of cardiovascular disease. JAMA Intern. Med. 174, 771-772 (2014).

2.Saravanan, P., Davidson, N. C., Schmidt, E. B. & Calder, P. C. Cardiovascular effects of marine omega-3 fatty acids. Lancet. 376, 540-550 (2010).

3.Yang, Z. H., Emma-Okon, B. & Remaley, A. T. Dietary marine-derived long-chain monounsaturated fatty acids and cardiovascular  disease risk: a mini review. Lipids Health Dis. 15, 201 (2016).

4.Lin, P. Y. & Su, K. P. A meta-analytic review of double-blind, placebo-controlled trials of antidepressant efficacy of omega-3 fatty acids. J Clin Psychiatry. 68, 1056-1061 (2007).

5.Lin, P., Huang, S. & Su, K. A Meta-Analytic Review of Polyunsaturated Fatty Acid Compositions in Patients with Depression. Biol. Psychiat. 68, 140-147 (2010).

6.Woolley, M. L., Marsden, C. A. & Fone, K. C. 5-ht6 receptors. Curr Drug Targets CNS Neurol Disord. 3, 59-79 (2004).

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