Loss of fatty acid degradation by astrocytic mitochondria triggers neuroinflammation and neurodegeneration

神经退行性变 神经炎症 降级(电信) 细胞生物学 线粒体 生物 化学 神经科学 生物化学 炎症 免疫学 计算机科学 医学 内科学 电信 疾病
作者
Yashi Mi,Guoyuan Qi,Francesca Vitali,Yuan Shang,Adam C. Raikes,Tian Wang,Yan Jin,Roberta Dı́az Brinton,Haiwei Gu,Fei Yin
出处
期刊:Nature metabolism [Nature Portfolio]
卷期号:5 (3): 445-465 被引量:130
标识
DOI:10.1038/s42255-023-00756-4
摘要

Astrocytes provide key neuronal support, and their phenotypic transformation is implicated in neurodegenerative diseases. Metabolically, astrocytes possess low mitochondrial oxidative phosphorylation (OxPhos) activity, but its pathophysiological role in neurodegeneration remains unclear. Here, we show that the brain critically depends on astrocytic OxPhos to degrade fatty acids (FAs) and maintain lipid homeostasis. Aberrant astrocytic OxPhos induces lipid droplet (LD) accumulation followed by neurodegeneration that recapitulates key features of Alzheimer's disease (AD), including synaptic loss, neuroinflammation, demyelination and cognitive impairment. Mechanistically, when FA load overwhelms astrocytic OxPhos capacity, elevated acetyl-CoA levels induce astrocyte reactivity by enhancing STAT3 acetylation and activation. Intercellularly, lipid-laden reactive astrocytes stimulate neuronal FA oxidation and oxidative stress, activate microglia through IL-3 signalling, and inhibit the biosynthesis of FAs and phospholipids required for myelin replenishment. Along with LD accumulation and impaired FA degradation manifested in an AD mouse model, we reveal a lipid-centric, AD-resembling mechanism by which astrocytic mitochondrial dysfunction progressively induces neuroinflammation and neurodegeneration. Mi, Qi et al. identify a mechanism through which defective oxidative phosphorylation in astrocytes deregulates astroglial lipid homeostasis and subsequently impacts neurons and microglial cells, thus triggering neuronal damage and microglial reactivity.
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