NPY

引言 室管膜瘤（EPN）是一种缺乏靶向治疗且耐化疗的侵袭性儿童脑肿瘤，可依据遗传和表观遗传改变将EPN分为至少九种分子亚型，其中，大约70%的幕上EPN（ST-EPN）的特征是ZFTA和RELA之间的基因融合（以下简称ZRFUS）【1, 2】，与其他形式的ST-EPN相比，其无进展生存期更低。研究表明，ZRFUS可作为一种异常转录因子发挥作用，招募染色质修饰剂激活与神经发育相关的致癌转录程序【3, 4】，但详细机制仍然未知。此外，研究表明5-羟色胺可整合到组蛋白中作为表观遗传标记调节神经元和星形胶质细胞的基因表达【5, 6】，提示神经元可能通过释放附着在组蛋白上的神经活性物质来重塑肿瘤表观基因组，但EPN是否以及如何受到此影响仍未研究清楚。 近日，来自美国贝勒医学院的Benjamin Deneen团队等在Nature杂志合作发表了一篇题为Histone serotonylation regulates ependymoma tumorigenesis 的文章，他们将组蛋白5-羟色胺化确定为EPN肿瘤发生的关键驱动因素，并揭示了神经元信号传导、神经表观基因组学和发育程序如何相互交织以驱动脑恶性肿瘤。 为了解ZRFUS如何促进EPN肿瘤发生，他们比较了ZRFUS驱动的EPN肿瘤患者与非融合患者的转录组学特征，发现神经元异常激活可能驱动EPN肿瘤发生。于是他们基于DREADD技术选择性激活皮质兴奋性或抑制性神经元并以BrdU掺入作为肿瘤细胞增殖的指标，发现皮质兴奋性神经元激活可促进ZRFUS EPN肿瘤发生。通过对人和小鼠ZRFUS EPN肿瘤染色，他们发现5-羟色胺转运蛋白SLC6A4表达增加，但多巴胺转运蛋白SLC6A3无明显变化，提示5-羟色胺水平可能影响EPN肿瘤发生。为操纵大脑中5-羟色胺水平，他们继续利用DREADD技术激活中缝背核（dRN）中5-羟色胺能神经元，发现激活后肿瘤中细胞增殖显著减少，肿瘤总体积也减少，提示dRN中5-羟色胺能神经元活性抑制EPN肿瘤进展，即不同神经元亚群的激活对肿瘤进展存在相反影响。 那么EPN细胞如何响应5-羟色胺呢？基于5-羟色胺可附着在组蛋白中调节神经元和星形胶质细胞基因表达【5, 6】的研究结果，他们利用特异性抗体检测ZRFUS EPN中的组蛋白5-羟色胺化（H3K4me3Q5ser, H3-5HT），发现H3-5HT显著增加，然而，阻断肿瘤中的H3-5HT却能显著抑制肿瘤形成，与其在微环境中抑制生长的作用相反。由于5-羟色胺转运蛋白SLC6A4在ZRFUS EPN中表达，他们推测减少5-羟色胺转运是否会影响肿瘤发生和H3-5HT状态，用CRISPR-Cas9敲除后，肿瘤中细胞增殖减少且H3-5HT水平降低。考虑到H3-5HT作为驱动基因表达的活性组蛋白标记，他们利用ChIP-seq评估H3-5HT在肿瘤整个基因组中的分布，发现H3-5HT参与几个与发育相关的转录因子的调节。于是他们将这些转录因子在ZRFUS EPN模型中分别过表达，发现ETV5的过表达显著增强了肿瘤细胞增殖并降低小鼠存活率。ETV5在EPN肿瘤发生中的作用此前尚未被研究过，于是他们检测了其调节基因表达和染色质状态的机制。ChIP-seq结果显示，ETV5过表达肿瘤中活性H3K27ac峰减少，而抑制性H3K27me3峰增加，即ETV5可促进ZRFUS EPN中抑制性H3K27三甲基化特征。 接下来，该团队通过比较ETV5过表达肿瘤和对照组的RNA-seq结果来鉴定ETV5下游效应基因，发现神经肽Y（NPY）显著下调，虽然NPY在EPN中的作用尚未明确，但其已被证明与多种恶性肿瘤相关。由于ETV5促进肿瘤进展，而NPY在ETV5肿瘤中下调，因而假设其过表达会抑制EPN肿瘤生长，根据BrdU掺入结果，ZRFUS EPN模型中NPY过表达确实能抑制细胞增殖并延长小鼠总体存活率。为进一步了解NPY如何抑制肿瘤，他们对NPY过表达肿瘤进行RNA-seq分析，发现有关突触发育和突触信号传导的基因下调最明显，提示EPN肿瘤释放的NPY影响微环境的突触组织，且肿瘤边缘的兴奋性突触减少而抑制性突触增加。 模式图（Credit: Nature） 综上所述，这项工作证明5-羟色胺能神经元的活性可调节EPN肿瘤发生，ETV5促进抑制性染色质状态，被抑制的ETV5靶标之一是NPY，它通过神经元的旁分泌信号传导来抑制EPN进展和大脑过度活跃。这些研究强调了神经活性化合物和脑肿瘤之间相互作用的重要性。考虑到组蛋白5-羟色胺化发生在星形胶质细胞和神经元中，这种调节也可能存在于其他类型的脑肿瘤中。 参考文献 1. Pajtler, K. W. et al. Molecular classification of ependymal tumors across all CNS compartments, histopathological grades, and age groups. Cancer Cell 27, 728–743 (2015). 2. Parker, M. et al. C11orf95–RELA fusions drive oncogenic NF-κB signalling in ependymoma. Nature506, 451–455 (2014). 3. Arabzade, A. et al. ZFTA-RELA dictates oncogenic transcriptional programs to drive aggressive supratentorial ependymoma. Cancer Discov. 11, 2200–2215 (2021). 4. Kupp, R. et al. ZFTA translocations constitute ependymoma chromatin remodeling and transcription factors. Cancer Discov. 11, 2216–2229 (2021). 5. Farrelly, L. A. et al. Histone serotonylation is a permissive modification that enhances TFIID binding to H3K4me3. Nature567, 535–539 (2019). 6. Sardar, D. et al. Induction of astrocytic Slc22a3 regulates sensory processing through histone serotonylation. Science 380, eade0027 (2023). https://doi-org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1038/s41586-024-07751-z 责编|探索君 排版|探索君 文章来源|“BioArt” End 往期精选 围观 一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版） 热文 Cell | 是什么决定了细胞的大小？ 热文 Nature | 2024年值得关注的七项技术 热文 Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望 热文 CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述

【导读】 神经肽Y（NPY）的人类突变与高体重指数有关，但与饮食模式的改变无关。在这项研究中，团队揭示了NPY在交感神经元中，防止肥胖的机制。 2024年8月28日，牛津大学Ana Domingos团队在期刊《Nature》上发表了题为“Sympathetic neuropeptide Y protects from obesity by sustaining thermogenic fat”的研究论文。研究结果表明，相对于中枢NPY，交感神经产生的外周NPY，通过维持独立于食物摄入的能量消耗，对体重产生相反的影响。 https://www-nature-com.libproxy1.nus.edu.sg/articles/s41586-024-07863-6#Abs1 研究介绍 01 BAT和WAT内的交感神经，局部释放去甲肾上腺素，以触发脂肪分解和产热。许多报告表明，大脑中的NPY会刺激食欲，敲除NPY对日常食物消费，没有影响。此外，尽管吃得少，但没有NPY受体的小鼠，会发展为迟发性肥胖。在人类中，NPY的突变与高体重指数（BMI）有关，但与饮食模式的改变无关。这些发现表明，来自大脑和交感神经系统的NPY，在体重调节中的作用截然不同。为了检验这一假设，团队使用了动物模型，其中NPY从交感神经元中去除，同时在大脑中保持完整。 研究进展 02 交感神经NPY调节渗漏 为了检验交感神经元衍生的NPY，在体内维持壁细胞所必需的假设，团队生成了一个模型：Th Cre ；Npy Flox/Flox 小鼠，其中NPY从交感神经元中被去除。团队首先证实，在Th Cre ；Npy Flox/Flox 小鼠中，NPY从交感神经节和支配iWAT和iBAT的交感神经轴突中被去除，而一般TH交感神经支配，不受影响。使用这种小鼠模型，团队证明， 交感神经元中NPY的缺失， 下调了ND处理小鼠iBAT和iWAT的耗尽壁细胞中的标志物。 因为壁细胞是血管完整性所必需的，团队观察到Th Cre ；Npy Flox/Flox 小鼠的iBAT和iWAT血管渗漏增加。团队进一步评估了静脉注射右旋糖酐-70kDa的活体方法中，附膜WAT的血管渗漏。Th Cre ；Npy Flox/Flox 小鼠血管渗漏增加，表现为Dextran-70kDa泄漏到实质中，而血流保持不变。与血管渗漏增加一致，团队在iBAT中观察到，促炎基因上调和ND处理的Th Cre ；Npy Flox/Flox 小鼠的iBAT和 iWAT免疫浸润增加。 这些观察结果证实， NPY是维持脂肪组织中壁细胞和防止免疫浸润所必需的。 交感神经元NPY的丢失，会耗尽iBAT和iWAT中的壁细胞，并增加血管渗漏。 交感神经NPY可防止肥胖 团队发现，ND处理的Th Cre ；Npy Flox/Flox 小鼠的iBAT变白和增大，并且它们的iBAT在产热方面功能失调。与此一致，Th Cre ；Npy Flox/Flox 小鼠的每日能量消耗和高级呼吸交换较低，表明脂肪作为代谢底物的使用减少。当食物受到限制时，Th Cre ；Npy Flox/Flox 小鼠在14小时的禁食期间，表现出较低的iBAT温度和更少的体重减轻，这表明能量守恒。冷暴露8小时后，与它们的野生型（WT）同窝伴侣相比，Th Cre ；Npy Flox/Flox 小鼠的直肠温度较低，iBAT中产热基因和iWAT中Prdm16下调。 这些改变不太可能与肌肉活动有关， 因为Th Cre ；Npy Flox/Flox 小鼠具有与WT小鼠相同的体重和运动活性。 作为产热能力不足和能量消耗减少的累积结果，ND处理的Th Cre ；Npy Flox/Flox 小鼠，在30周时出现成人发病的肥胖；与WT小鼠相比，脂肪库更重。当使用HFD时，Th Cre ；Npy Flox/Flox 小鼠比WT小鼠更早、更快地肥胖，却没有增加食物摄入量。此外，HFD处理的Th Cre ；Npy Flox/Flox 小鼠的脂肪库明显更重，它们的iBAT含有较大的脂滴。最后， 代谢表型在性别之间是一致的。 与对照小鼠相比，HFD治疗的雌性Th Cre ；Npy Flox/Flox 小鼠的体重、WAT和iBAT也更重。 团队可以确定，在Th Cre ；Npy Flox/Flox 小鼠中观察到的代谢表型，不是由大脑中的NPY神经元或全身性NPY引起的，因为（1）在下丘脑中没有儿茶酚胺能神经元，共表达NPY或腹侧被盖区；并且NPY在Th Cre ；Npy Flox/Flox 小鼠下丘脑中的表达，没有改变。（2） 代谢表型不是由全身性NPY引起的，因为Th Cre ；Npy Flox/Flox 小鼠血浆中的NPY浓度保持不变。（3）即使后脑中有NPY儿茶酚胺能神经元，从后脑敲除NPY，对产热或iBAT都没有影响。综上所述， 脂肪组织中交感神经元衍生的NPY， 是维持能量消耗和瘦弱所必需的。 交感神经元的NPY丢失，会使BAT变白，减少能量消耗和产热，并使小鼠更容易感染DIO，而不会增加食物摄入量。 研究结论 03 本研究提供了WAT和BAT中NPY神经支配的解剖图，表明只有1/3的交感神经支配是神经肽能的，并且它优先靶向存在壁细胞的小动脉。该研究表明， 脂肪组织内的交感神经轴突，会随着肥胖的发作而回缩和退化。 NPY通过促进脂肪细胞在体外增殖来维持壁细胞，这些细胞是产热脂肪细胞的来源。在体内，来源于交感神经元的NPY，对于支持壁细胞和产热脂肪细胞的正常发育，是必需的。交感神经元中NPY（NPY-cKO）的条件敲除，会在肥胖开始之前，耗尽壁细胞并美白棕色脂肪，使该组织肥大并产热能力降低。这些NPY-cKO小鼠的产热能力降低，能量消耗降低，表现出对寒冷的不耐受，在常规食物饮食中发展为迟发性肥胖，并在喂食高脂肪饮食而没有吃得更多时，迅速发展为肥胖。这些代谢表型与全身NPY受体敲除小鼠的代谢表型相匹配，即使它们吃得稍微少一些，它们也会在常规食物饮食中，发展为迟发性肥胖。 尽管如此， 壁细胞增殖破坏和脂肪细胞分化， 是NPY-cKO小鼠脂肪功能障碍的原因，并且是多种可能性之一，包括血管渗漏和脂肪组织炎症之间的相互因果关系。 综上所述，团队阐明了NPY的中枢和外围来源在体重稳态中，具有对跖作用。这项研究中描述的生物学机制，可能解释了为什么产食欲NPY的突变与人类的高BMI相关 。最后，根据这些研究确定的机制，在某些个体中， 能量耗散可能比食欲更重要。 参考资料： 1.Dornbos, P. et al. Evaluating human genetic support for hypothesized metabolic disease genes. Cell Metab. 34, 661–666 (2022). 2.Lundberg, J. M. et al. Neuropeptide Y (NPY)‐like immunoreactivity in peripheral noradrenergic neurons and effects of NPY on sympathetic function. Acta Physiol. Scand. 116, 477–480 (1982). 【关于投稿】 转化医学网（360zhyx.com）是转化医学核心门户，旨在推动基础研究、临床诊疗和产业的发展，核心内容涵盖组学、检验、免疫、肿瘤、心血管、糖尿病等。如您有最新的研究内容发表，欢迎联系我们进行免费报道（公众号菜单栏-在线客服联系），我们的理念：内容创造价值，转化铸就未来！ 转化医学网（360zhyx.com）发布的文章旨在介绍前沿医学研究进展，不能作为治疗方案使用；如需获得健康指导，请至正规医院就诊。 热门推荐活动 点击免费报名 🕓 上海｜09月11日 ▶ 微驭万物-单细胞空间组学技术前沿与临床应用研讨会 🕓 北京｜09月20日-21日 ▶ 第五届单细胞技术应用研讨会暨空间组学前沿研讨会 🕓 上海｜11月15日-16日 ▶ 2024第一届中国类器官转化医学大会 点击对应文字 查看详情

*仅供医学专业人士阅读参考 有时候影视剧里会出现特别复杂的角色，他一边干坏事儿，一边儿当好人，他做过的恶也是真的，行过的善也是真的，让人又爱又恨十分纠结。 人体中的细胞或各种信号分子们有时也有这种两面性，在不同时间地点发挥的作用可能截然相反，令科学家们摸不着头脑。 今日，《自然》杂志发表的一项来自牛津大学科学团队的研究就发现，在大脑中起到刺激食欲作用的神经肽Y（NPY），在外周脂肪组织的交感神经中竟然起着维持产热脂肪的效果。 敲除小鼠交感神经中的NPY后，小鼠棕色脂肪白化、产热能力降低、热量消耗减少，即使小鼠吃的是标准的鼠粮，也非常容易发胖。 一手促多吃，一手又提能耗，NPY也是让我有点又爱又恨了。 论文题图 NPY在大脑中的研究不少，脑内NPY会刺激食欲，但是奇怪的是，实验中敲除NPY却并不会影响日常食物摄入。 同时，令人意外的是，敲除NPY受体的小鼠，虽然吃得少了一些，却会很容易发展为肥胖。在人类中，NPY突变也与高BMI有关，但未见饮食模式的变化。 显然，NPY对体重的影响并不简单。 NPY在大脑中的作用比较明确了，那么它在外周组织中有什么作用呢？棕色脂肪（BAT）和白色脂肪（WAT）中的交感神经会释放去甲肾上腺素，激活脂肪分解和产热，去甲肾上腺素释放伴随着NPY，或许NPY也掺和了脂肪组织的调节？ 研究者分析了小鼠白色脂肪组织中交感神经的RNA表达，发现有40%的交感神经元都表达NPY。荧光染色结果显示，NPY神经元轴突非常接近脉管系统，会在血管周围形成神经丛。 TH：交感神经；CD31：血管内皮 研究者分析了细胞表面标记物，发现NPY轴突突触作用的靶细胞主要是壁细胞，也就是血管平滑肌细胞和周细胞。壁细胞参与脉管系统的形成，响应血小板衍生的生长因子B和血管内皮生长因子，对血管发育和稳定性很重要。 壁细胞能够产生产热脂肪细胞，而NPY受体NPY1R是一种G蛋白偶联受体，参与MAPK通路。实验结果显示，NPY能够促进壁细胞的增殖和产热脂肪细胞的分化，从而参与脂肪组织的调控。 研究者敲除了小鼠的脂肪组织交感神经NPY，发现这会使小鼠的棕色脂肪变白，产热和能量消耗减少，在食物摄入与运动水平不变的情况下，更容易发胖。 敲除脂肪组织交感神经NPY会让小鼠容易发胖 综上所述，NPY在脑内和在外周的作用完全相反，脑内的NPY会刺激食欲、增加食物摄入，但在外周的脂肪组织中则会勉力维持产热脂肪组织的存在、增加热量消耗、帮助维持体重。 这一方面解释了为什么NPY突变与人类的高BMI有关，另一方面也提示，在这部分人群中，吃可能还真不是变胖的关键问题。 奇点糕近期推出了《2024ASCO年会深度盘点》课程，为大家系统盘点了2024ASCO年会上实体瘤领域的重磅进展，让您在100分钟内迅速深入把握前沿。长按识别下图中的二维码即可购买，购买后您可以在「奇点网小程序」收听，或下载奇点网「医学奇点」苹果客户端收听。如果遇到任何技术问题大家可以戳我们下图中的客服小伙伴来解决~~ 参考资料： [1]https://www-nature-com.libproxy1.nus.edu.sg/articles/s41586-024-07863-6 本文作者丨代丝雨