介绍
ELOVL5（超长链脂肪酸 ELOngase 5）编码合成 ω3 和 ω6 超长链多不饱和脂肪酸 (PUFA) 所需的酶，包括花生四烯酸（ARA、C20:4、ω6）和二十二碳六烯酸（DHA、C22） ,6, ω3) [ 1 ]。令人信服的证据表明多不饱和脂肪酸在大脑信号传导中发挥着重要作用，从膜兴奋性到突触特性调节。大脑含有高水平的 PUFA，可调节膜信号动力学、突触发生 [ 2 , 3 ]、突触传递 [ 4 , 5 ]、突触可塑性 [ 6 ] 和神经元兴奋性 [ 7 , 8 ]。

ELOVL5属于多次跨膜蛋白( ELOVL1-7 )家族，与各种神经系统疾病相关[ 9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20 ] 。 _ _ _ _ _ ELOVL5的错义突变导致脊髓小脑共济失调 38 型 (SCA38)，这是一种最近发现的罕见形式的共济失调，其特征为共济失调、嗅觉减退、周围神经病变和小脑萎缩 [ 1 , 21]。SCA38 呈进行性进展且使人衰弱，诊断后三十年内，患者变得无法进食和行走 [ 1 ]。

Elovl5 敲除 (Elovl5 −/− )小鼠概括了 SCA38 的主要特征 [ 22 ]。此外，我们最近证明Elovl5在成年小鼠中枢神经系统中高度表达，并且在周围神经系统中，它的缺失会导致动作电位传播功能障碍和血脂谱破坏 [ 23 , 24 ]。更具体地说，在 SCA38 和Elovl5患者中−/−在小鼠中，所有类型的磷脂中含有超过 18 个碳原子的 ω3 和 ω6 PUFA 均被减少，包括磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇、磷脂酸、鞘磷脂、神经酰胺、硫苷脂、缩醛磷脂 [ 24 ]。

对 SCA38 患者的一些临床试验表明，单独使用 DHA（大脑中最丰富的 ω3 PUFA，并且可以作为其他 ω3 PUFA 的前体）足以部分改善共济失调症状 [ 25 , 26 ]。然而，目前尚不清楚更均衡、更完整的膳食补充剂（包含 Elovl5 下游的 ω3 和 ω6 PUFA）的效果。本研究的目的是在Elovl5 −/−小鼠中测试含有 ω3 和 ω6 长链 PUFA（构成完整供应）的饮食对平衡木测试中运动表现的有益影响程度Elovl5 下游产品的数量。

结果
仅用 PUFA 前体饮食喂养的Elovl5 −/−小鼠运动损伤的进展
Elovl5 -/-小鼠在1个月大时就已经出现了平衡木测试缺陷，与野生型同窝小鼠相比，爪子放置错误的数量更高（图 1）。在这种测试中，基因型之间的运动表现差异在整个分析的年龄中仍然具有统计学显着性（P < 0.0001，双向方差分析；n = 38 只野生型小鼠：0.24 ± 0.04；n = 38 只Elovl5 −/−小鼠：0.86 ± 0.11 ） （图。1  ）。Elovl5 -/−小鼠表现出随着年龄的增长，足部滑动错误逐渐增加，这与 Hoxha 等人报道的Elovl5 -/−小鼠运动表现恶化一致。[ 22 ]。

自出生起执行完整 PUFA 饮食对Elovl5的影响 −/−
对接受完整 PUFA 饮食（也含有长链 PUFA）的母鼠所生的野生型和Elovl5 −/−小鼠进行平衡木测试评估。

在野生型小鼠中，给予完整的 PUFA 饮食可减少 1 个月时的足滑次数（P < 0.05，未配对学生 t 检验 t (53)  = 2.02；图 2 A 和 B）和 6 个月时（P < 0.05）和 6 个月时的足滑次数。 0.01，未配对学生 t 检验 t (34)  = 3.29；图 2 D)，而在 8 个月时没有显着差异（P = 0.05，未配对学生 t 检验；图 2 F）。通过2-way重复测量ANOVA分析，饮食没有显着影响（P > 0.05；F(1,46) = 0.96），而时间影响显着[P < 0.001；F(1,46) = 0.96）。F=(1.61, 60.25) = 10.71]。

在Elovl5 −/−小鼠中，1 个月时，完整的 PUFA 饮食并未显着改变足滑次数（P > 0.05，未配对学生 t 检验；图 2 C）。然而，在 6 个月和 8 个月时，与仅饲养 PUFA 前体的Elovl5 −/−小鼠相比，接受完整 PUFA 饮食的Elovl5 −/−小鼠在光束测试中表现出明显更好的表现（对于 6 个月大的小鼠：P < 0.05，未配对的学生 t 检验 t (37)  = 2.37，图 2 E；对于 8 个月大的小鼠：P < 0.05，未配对的学生 t 检验 t (36) = 2.03）。通过双向重复测量方差分析，饮食（P < 0.01；F(1,41) = 10.72）和时间（P < 0.0001；F=(1.73, 59.51) = 14.13）都有显着影响。

晚年给予完整 PUFA 饮食对Elovl5 −/−小鼠的影响
与仅饲喂 PUFA 前体的野生型小鼠相比，从 1 月龄开始给野生型小鼠施用完整 PUFA 饮食可显着减少足滑次数（对于 6 个月大的小鼠：P < 0.01，未配对学生 t 检验t (37)  = 3.18，图 3 A 和 B；对于 8 个月大的小鼠：P < 0.01，未配对学生 t 检验 t (30)  = 3.52)，图 3 D)。相比之下，从 1 月龄开始的完整 PUFA 饮食未能改善Elovl5 −/−小鼠的横梁测试运动表现（P > 0.05，不配对学生 t 检验；图 3 C 和 E），尽管在 8 岁时几个月以来，出现了比Elovl5错误更少的趋势−/−仅具有 PUFA 前体的小鼠（图 3E）。然而，值得注意的是，PUFA 前体Elovl5 −/−小鼠的性能在 6 至 8 个月内有恶化的趋势，而在同一时期，具有完整 PUFA 的Elovl5 −/−小鼠自 1 个月起保持相同的性能水平，而不恶化。

为了了解稍后开始完整的 PUFA 饮食是否可以带来益处，类似于在成人诊断 SCA38 后开始的治疗，在一个单独的组中，我们从 10 个月大时开始给予完整的 PUFA 饮食，并持续两个月。通过该方案，与仅接受PUFA前体的各自对照相比，野生型和Elovl5 -/-小鼠均未表现出改善（P > 0.05，未配对学生t检验；图4  A、B和C）。

完整的 PUFA 饮食对Elovl5 −/−小脑形态参数的影响
在之前的报告 [ 22 ] 中，我们表明Elovl5 −/−小脑皮质的 PC 层长度较短，小脑白质的截面积较小。因此，我们在 12 个月大的小鼠中研究了从出生起或从 1 个月大起服用的完整 PUFA 饮食对这些形态参数的影响。完整的 PUFA 饮食未能影响野生型或Elovl5 −/−小鼠的这些参数。因此，在Elovl5 −/−中，完整的 PUFA 饮食，即使从出生起，也未能增加 PC 层长度（Elovl5 −/−小鼠：PUFA 前体饮食，n = 8 只小鼠，20.11 ± 0.55 mm；自出生起的完整 PUFA，n = 8 只小鼠，19.86 ± 0.30 mm，自 1 个月以来的完整 PUFA：n = 11 只小鼠，20.17 ± 0.22 mm；所有比较的 P > 0.05，未配对的学生 t 检验）或白质面积（Elovl5 −/−小鼠：PUFA 前体饮食，n = 8 只小鼠，0.12 ± 0.003 mm 2；出生后的完整 PUFA，n = 8 只小鼠， 0.12 ± 0.003 mm 2；自 1 个月以来的完整 PUFA，n = 11 只小鼠，0.11 ± 0.004 mm 2；所有比较的 P > 0.05，未配对的学生 t 检验）。

讨论
在这项工作中，我们评估了包含 Elovl5 的 ω3 和 ω6 下游产物的完整 PUFA 饮食对 SCA38 小鼠模型（ Elovl5-/-小鼠）运动性能和小脑结构的影响。我们发现，在Elovl5-/-小鼠的横梁测试中，出生时引入完整的 PUFA 饮食比随后施用更能有效改善运动表现。运动性能的改善与小脑 PC 层长度和白质面积的变化并不平行。

大多数遗传性共济失调仍然缺乏能够逆转运动功能进行性恶化的具体治疗方法。由于几乎完全缺乏临床相关治疗，因此在特定类型 SCA 的动物模型中进行了多项研究 [ 27 ]。在 SCA1 Hourez 等人中。[ 28 ]发现A型电压依赖性钾电流增加，可以被氨基吡啶阻断，改善运动性能，并部分防止细胞萎缩。诺塔马索等人。[ 29 ]表明，在SCA1模型小鼠中，小脑中代谢型谷氨酸受体1（mGlu1）受体减少，并且通过给予mGlu1受体阳性变构调节剂可以逆转共济失调症状。在同一条线上，舒瓦耶夫等人。[[图30 ]给予巴氯芬以增强mGlu1受体功能，这种治疗改善了SCA1模型小鼠的运动表现。相反，在SCA2模型小鼠中，mGlu1受体信号通路增强，导致浦肯野细胞变性[ 31 ]。丹曲林抑制 mGlu1 受体信号通路可恢复该通路的正常功能水平并改善运动症状 [ 31 ]。

最近，对显性和隐性共济失调混合组的患者进行了一些药物治疗尝试，显示利鲁唑和促甲状腺激素释放激素具有一些微弱且短暂的益处[ 32 ]。在SCA3患者中，丙戊酸显示出一定的效果，需要进一步评估[ 33 ]。利用重复经颅小脑磁刺激（rTMS）或阳极经颅直流电刺激（tDCS）的临床试验表明，不同类型共济失调患者的症状有所改善，但在这些方案广泛应用于临床之前，还需要更多的研究[34 ]]。在共济失调领域研究中具有重大影响的是在有症状的 SCA38 患者中进行的临床试验，其中饮食补充 DHA（Elovl5 下游的 PUFA 之一）足以改善和稳定临床症状 [ 25 , 26 ]。

有限数量的慢性进行性共济失调，如 SCA38，可以通过饮食给予患者缺乏的化合物来改善[ 35 ]。与 SCA38 一样，酶的功能丧失会导致下游产物减少 [ 24 ]，维生素 E 缺乏性共济失调 (AVED) 是由 α 生育酚转移蛋白基因突变引起的 [ 36 ]，其结果是维生素 E 缺乏E 不能掺入极低密度载脂蛋白中[ 37 ]。AVED 可以通过补充维生素 E 来治疗 [ 38 , 39]。这种疗法目前用于 AVED 患者，并被证明可以有效减缓或阻止大多数患者共济失调症状的进展。类似的方法也用于脑腱黄瘤病 (CTX)，这是一种脂质储存障碍，由线粒体甾醇 27-羟化酶突变引起 [ 40 ]。CTX 患者的肝胆汁酸（胆酸和鹅去氧胆酸）量减少。简单口服补充鹅去氧胆酸即可改善CTX患者的症状[ 41]]。另一种以共济失调为特征的可治疗疾病是无β脂蛋白血症，它是由微粒体甘油三酯转移蛋白（MTTP）突变引起的。MTTP 突变导致血浆载脂蛋白 B 含量降低，导致脂溶性维生素（如维生素 E 和 A）的吸收不良。据报道，维生素 E 和 A 治疗以及低脂饮食可减缓神经系统症状在这种疾病中[ 42 ]。

通过在疾病早期阶段引入Elovl5下游产物，Elovl5 -/-小鼠的运动缺陷得到显着改善，这表明在症状前阶段更有益。这种早期干预能够显着减缓共济失调的进展。与本文报道的类似，年轻 AVED、CTX 和无脂蛋白血症患者的早期治疗对于改善神经系统症状更有效[ 35,39,41 ]。这些临床试验强调了尽早开始治疗以获得神经系统症状改善的强制性必要性。

我们的结果表明，完整的 PUFA 饮食对野生型小鼠的运动表现也有积极的影响，这表明 PUFA 的作用并不局限于病理条件。事实上，众所周知，补充PUFA有利于中枢神经系统的发育和功能[ 42 ]。

通过 PC 层长度和白质面积测量， Elovl5-/-小鼠中完全饮食诱导的运动改善与小脑萎缩的改善并不平行。这一结果表明，完整的饮食会诱导小脑回路的功能恢复，而所测量的参数并未出现形态改善。这与补充 DHA 的 SCA38 患者中观察到的小脑代谢增加一致 [ 25 , 26 ]。然而，需要进一步的实验来支持这一假设。

结论
总之，我们的结果表明，在 SCA38 的初始阶段进行包含 ω3 和 ω6 Elovl5 下游产物的完整饮食干预是减缓疾病进展的最有效方法，并强调需要尽早采取预防措施。 SCA38 的诊断。此外，对于诊断患有 SCA38 的女性患者，建议在怀孕期间就开始饮食补充 ELOVL5 下游 PUFA。