下丘脑 ARCCRABP1神经元：调控能量稳态的关键新靶点

为探究 ARCCRABP1神经元生理作用，研究人员开展系列实验，发现其调控能量稳态，或成肥胖研究新靶点。

　　在人体这个复杂的 “小宇宙” 里，下丘脑就像一个精密的 “中央调控室”，掌管着能量平衡、生长发育、生殖繁衍等诸多重要生理功能。其中，弓状核（ARC）更是能量稳态调控的关键 “枢纽”，过去人们发现，表达阿黑皮素原（POMC）的神经元和表达刺鼠相关蛋白（AgRP）/ 神经肽 Y（NPY）的神经元，在调节能量平衡方面发挥着重要作用。然而，随着科研的深入，一个问题浮出水面：ARC 中是否还隐藏着其他尚未被发现的神经元亚型，同样对能量平衡调节有着重大影响呢？

为了揭开这个谜题，南京医科大学等多家机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们理解能量代谢调控机制打开了新的大门。

研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：一是构建特定的小鼠模型，如 Crabp1-Cre 小鼠模型，用于后续实验操作；二是采用光遗传学和化学遗传学技术，精准地调控神经元的活动；三是借助免疫组化、荧光原位杂交等实验技术，对神经元的特征、投射以及与其他神经元的关系进行研究；四是通过代谢分析实验，评估小鼠的各项代谢指标变化。

下面来看看具体的研究结果：

1. ARC^CRABP1神经元的独特身份：研究人员通过对成年雄性小鼠大脑各区域 Crabp1 的 mRNA 和蛋白质水平进行量化分析，发现 Crabp1 主要在下丘脑表达。进一步的免疫染色验证，在 ARC 中存在一群独特的表达细胞视黄酸结合蛋白 1（CRABP1）的神经元，即 ARC^CRABP1神经元。这些神经元不仅表达神经元标记 NeuN，且不与其他已知神经元亚型标记共表达，在多种物种中都存在，表明它们是下丘脑的一种独特神经元群体。
2. ARC^CRABP1神经元缺失导致肥胖和糖尿病表型：研究人员构建了 ARC^CRABP1神经元表达细胞消融（ACENA）小鼠模型。给 8 周大的雄性 Crabp1-Cre 小鼠双侧注射 Cre 依赖的编码激活的半胱天冬酶 3（AAV-DIO-Caspase3）或对照病毒。结果显示，ACENA 小鼠在喂食普通饲料 10 周后，体重和食物摄入量显著增加，体重增加主要源于脂肪量增多，且能量消耗无明显变化。同时，ACENA 小鼠出现血清瘦素、胰岛素水平升高和糖耐量受损等情况，呈现典型的肥胖和糖尿病表型，这表明 ARC^CRABP1神经元在能量代谢中起着重要作用。
3. ARC^CRABP1神经元对进食的调控：研究人员运用化学遗传学策略，分别使用 Gq 偶联的 Designer 受体（hM3Dq）激活 ARC^CRABP1神经元，用 Gi/o 偶联的 Designer 受体（hM4Di）抑制其活性。结果发现，激活 hM3Dq 会使小鼠食物摄入量显著减少，抑制 hM4Di 则导致食物摄入量显著增加。光遗传学研究也得到了类似结果，激活 ARC^CRABP1神经元可减少小鼠食物摄入，抑制则使其增加，这充分证明了 ARC^CRABP1神经元在食物摄入调节中发挥着关键作用。
4. ARC^CRABP1神经元的投射与进食调节：研究人员采用经典的顺行和逆行追踪技术，发现 ARC^CRABP1神经元投射到多个与进食调节相关的脑区，如终纹床核（BNST）、室旁核（PVH）、臂旁核（PBN）和孤束核（NTS）等。对这些脑区的 ARC^CRABP1神经元轴突末端进行光遗传刺激实验，结果表明，激活 BNST、PBN 和 NTS 中的轴突末端可抑制进食行为，而激活 PVH 中的轴突末端对进食行为无影响；抑制 PVN、PBN 和 NTS 中的轴突末端则会促进进食行为，这说明 ARC^CRABP1神经元通过与这些特定脑区的联系来调节进食。
5. ARC^CRABP1神经元与 POMC 神经元的关系：通过对 ARC^CRABP1神经元、NPY 神经元和 POMC 神经元进行电生理特性分析，发现它们在静息膜电位、基强度电流和膜输入电阻等方面具有可比性。光遗传激活 ARC^CRABP1神经元可导致 POMC 神经元去极化，且这种去极化可被谷氨酸受体抑制剂抑制，这表明 ARC^CRABP1神经元可能通过影响邻近的谷氨酸能神经元或轴突来调节 POMC 神经元的活动。
6. ARC^CRABP1神经元对激素的反应：研究人员探究了 ARC^CRABP1神经元对瘦素、胰岛素和胃饥饿素等关键代谢激素的反应。结果发现，只有约 9% 的 ARC^CRABP1神经元对瘦素刺激有反应，大多数 ARC^CRABP1神经元对胰岛素刺激有强烈反应，而对胃饥饿素刺激反应极少，这揭示了 ARC^CRABP1神经元对不同激素的特异性激活模式，表明其在胰岛素驱动的代谢调节中可能发挥选择性作用。

综合研究结论和讨论部分，此次研究明确了 ARC^CRABP1神经元是一种独特的神经元群体，在能量代谢调控中起着至关重要的作用。它们不仅调节食物摄入，还与其他神经元相互作用，对代谢激素产生特异性反应。这一发现为肥胖等代谢性疾病的机制研究和临床治疗提供了新的潜在靶点，有望推动相关领域的进一步发展，为攻克肥胖及相关疾病带来新的希望。