神经节苷脂是一类特殊的脂质，广泛存在于脑部，与脑部健康和神经功能密切相关。它们由糖链和脂质链组成，不仅参与神经信号传导，还在记忆形成和神经发育中起到重要作用。最新研究发现，神经节苷脂异构体在脑的各区域分布存在显著差异，并且这种分布会因脑部疾病的发生而改变。因此，研究神经节苷脂的“脑部空间动态”成为解读脑功能和中枢神经系统疾病发生机制的关键。糖脂组学是一种新兴的科学方法，可以帮助科学家从分子层面精确解析不同脑区的神经节苷脂分布，为神经退行性疾病的早期诊断和潜在治疗靶点提供重要线索。
团队和文章信息
2024年10月7日，来自忠南大学的Hyun Joo An团队在《Nature Communication》（IF: 14.7）上发表了题为Deciphering mouse brain spatial diversity via glyco-lipidomic mapping的论文。本文通过糖脂组学的方法揭示了神经节苷脂和N-聚糖的脑部空间动态显著趋同，为分子相互作用网络、脑部功能以及疾病潜在治疗靶点提供了宝贵的见解。
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为探究不同脑区的神经节苷脂多样性，本研究共收集了四只成年雄性小鼠的36份脑样本，涵盖了九个相应的脑区。研究采用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（UHPLC-Q-TOF MS）优化了神经节苷脂分离和离子化的条件，通过正离子模式实现糖苷链与神经酰胺部分的结构解析。在此基础上，研究人员进一步分析了唾液酸O-乙酰化对其结构的影响，并开发了数学模型预测神经节苷脂的RT，成功鉴定了神经节苷脂GM1、GD1、GT1等结构。
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本研究分析9个脑区的神经节苷脂色谱图，共检测到43种核心神经节苷脂。分析显示，主要神经节苷脂如GM1、GD1、GT1和GQ1在各区域的相对丰度存在差异，其中GT1 36:1;O2在所有区域中均占主导地位。研究人员进一步根据空间差异将样本分为两个组：组I（前额叶皮层、嗅球、小脑）和组II（胼胝体、上丘脑等）。通过单因素方差分析，识别出58种改变的神经节苷脂，并使用偏最小二乘判别分析显示组I和组II的明显分离，表明神经节苷脂的糖苷和神经酰胺部分与脑区特异性密切相关。
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通过分析来自九个脑区的神经节苷脂异构体数据，研究者发现这些神经节苷脂主要分为a系列（GM2、GM1a、GD1a、GT1a）和b系列（GD3、GD2、GD1b、GT1b、GQ1b），且彼此间存在密切联系。不同脑区的神经节苷脂组成表现出明显的区域异质性，前额叶皮层和嗅球显示出最强的异质性，而其他七个区域之间相似性较高。此外，他们首次对N-糖链和神经节苷脂的区域特异性进行了平行比较，结果显示这两者之间存在显著的相关性，N-糖链的修剪对神经节苷脂的合成有重要影响，反映出神经节苷脂和N-糖链在脑中的空间动态相互依赖。
神经节苷脂在脑中的功能
神经节苷脂在哺乳动物脑的神经发育、突触可塑性和信号传导中起着重要作用，且与多种神经系统疾病相关。然而，由于其结构多样化带来了分离、检测和定量的困难，区域性神经节苷脂的检测和分析仍面临挑战。
建立分析平台与参考库
本研究通过创建成年小鼠脑部的区域特异性和异构体特异性参考库，构建了一个全面的分析平台，首次在单一分析中同时覆盖糖链和神经酰胺基团。
脑区分组及异构体差异
本研究将9个脑区按照神经节苷脂特异性分为两组，分别为前额叶皮层、嗅球和小脑（第一组）以及皮层、纹状体、海马等（第二组）。第一组主要表达b系列神经节苷脂，而第二组以a系列为主。这种区分为进一步研究区域特异性的生物功能及其潜在分子机制提供了基础。
未来研究方向和医学意义
研究为探索神经节苷脂在脑部特定区域的功能提供了新见解，并揭示了神经节苷脂和糖链部分在不同脑区的分布特性。由于小鼠和人类脑中神经节苷脂糖链的相似性，该平台有助于研究神经退行性疾病如阿尔茨海默症和帕金森病的病理机制，为药物研发和治疗干预提供潜在靶点。
Q & A
Q1：神经节苷脂异构体在不同脑区的特异性分布与特定区域的脑功能的关系具体是怎样的？
A：研究表明，某些脑区如前额叶皮层、嗅球和小脑的异构体分布更为一致，而其他脑区如海马、纹状体等则表现出更大的异质性。这种异构体分布特征可能与各个脑区的功能性差异相符，例如在突触可塑性或特定的信号传递中的作用。
Q2： 神经节苷脂在神经退行性疾病（如阿尔茨海默病）中的潜在作用是什么？
A: 文章指出，神经节苷脂尤其是GD1a和GD1b异构体在脑区的特定分布可能在神经功能中发挥关键作用，并且与阿尔茨海默病等神经退行性疾病密切相关。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-024-53032-8
编辑：吴彦池
排版：bonbon
校对：安纪蓉
审核：曹秋晨
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