Cell：中国科学技术大学薛天揭示人造光源引起血糖代谢紊乱的神经机制

视锥细胞、视杆细胞作为视网膜上的光感受器，可感受光信息。光可直接激活表达黑视素的感光视网膜神经节细胞(ipRGCs)调控睡眠、昼夜节律、情绪等多个生理功能。人造光源被认为是是糖尿病和肥胖等代谢性疾病的高风险因素之一。夜间长时间暴露在光源下会改变体内激素节律，引起葡萄糖代谢障碍。

下丘脑视交叉上核（SCN）是哺乳动物脑内的昼夜节律起搏器，接受IpRGC支配，其节律的紊乱影响新陈代谢。下丘脑视上核（SON）位于SCN的正上方，分泌抗利尿激素(简称AVP，也称为血管加压素)和催产素（简称OXT），也接受IpRGC支配。

(资料图片)

2023年1月19日中国科学技术大学生命科学与医学部薛天教授研究团队在Cell杂志发表文章揭示了光直接通过激活视网膜神经节细胞投射到多级下游脑区，抑制外周棕色脂肪组织适应性产热过程，降低葡萄糖耐受。

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光降低葡萄糖耐受

研究人员发现在白天光照下能够降低小鼠葡萄糖耐受，在敲除视网膜视锥细胞、视杆细胞后并不影响这种光照引起的葡萄糖耐受障碍，但在敲除ipRGCs后，这种障碍却消失。有意思的是，自然光，蓝光或白色LED灯光均可产生葡萄糖耐受障碍，而红色波长光线并不引起这种障碍。

在上述光照过程中小鼠的胰岛素、胰高血糖素样肽-1、皮质酮、胰高血糖素、肾上腺素、胃饥饿素、食欲素A、胆囊收缩素、去甲肾上腺素等激素，乳酸、非酯化脂肪酸、亮氨酸等营养物质的水平均未发生明显变化，这就表明光照并不通过引起激素或营养物质变化诱发葡萄糖耐受障碍。

图1：光降低葡萄糖耐受

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光通过多级神经环路调控血糖代谢过程

损毁SCN区域神经元并不影响光照对葡萄糖代谢的作用，但损毁SON区域神经元能够完全阻断光照引起的葡萄糖耐受障碍。进一步通过化学遗传学技术慢性激活IpRGC→SON在黑暗环境中降低小鼠葡萄糖耐受，而抑制该神经环路后在光照环境下增加葡萄糖耐受。

病毒逆行示踪实验发现SON-AVP能神经元和SON-OXT能神经元均接受来自于ipRGCs的输入，并均能被光激活。在夜间抑制SON-AVP能神经元或SON-OXT能神经元活性，光照可增加葡萄糖耐受。进一步示踪实验发现SON-AVP能神经元投射到PVN（下丘脑室旁核），该神经环路进一步投射到孤束核（NTS)的抑制性神经元,NTS抑制性神经元投射到中缝苍白核（RPa），抑制该多级神经环路后可阻断光照对葡萄糖代谢的影响。

图2：损毁SON区域神经元能够完全阻断光照引起的葡萄糖耐受障碍

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光通过棕色脂肪组织产热调控血糖代谢

已有研究表明位于RPa内的交感前运动神经元直接调节棕色脂肪组织的产热，这与血液中葡萄糖代谢密切相关。在黑暗环境中小鼠接受葡萄糖注射后引起棕色脂肪组织的产热，但光照可阻断这种适应性产热过程。阻断β3-肾上腺素能受体可阻断上述黑暗环境中产热过程，并能降低葡萄糖耐受。此外，选择性敲除投射到SON区域IpRGC后能够阻断光照对棕色脂肪组织的适应性产热过程。这些结果表明光通过β3-肾上腺素能受体信号调控棕色脂肪组织的产热，进而影响葡萄糖代谢过程。

图3：光通过棕色脂肪组织产热调控血糖代谢

总结

本文通过病毒示踪实验发现了视网膜-下丘脑-棕色脂肪组织轴调控光照对葡萄糖代谢作用的影响，揭示了人造光源影响葡萄糖代谢障碍的机制。

【参考文献】

https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.12.024

文章中图片均来自于参考文献

关键词： Cell中国科学技术大学薛天揭示人造光源引起血糖代谢紊乱的神经机制