光调节代谢的神经机制

中国科学技术大学(USTC)薛天教授领导的研究小组揭示了光接收抑制棕色脂肪组织(BAT)产热的神经机制，从而降低了棕色脂肪组织(BAT)的耐热性。

　　

               

光调节小鼠代谢的神经通路。图片来源:薛天教授的团队

中国科学技术大学薛天教授领导的研究小组揭示了光接收抑制棕色脂肪组织(BAT)产热的神经机制，从而降低小鼠和人类的糖耐量(GT)。这项研究发表在1月19日的《Cell》杂志上。

先前的研究表明，光是代谢紊乱的一个重要因素。然而，光对代谢的调节是直接的还是通过昼夜节律的干扰仍然未知。此外，光调节糖代谢的具体过程和神经回路尚不清楚。

为了阐明这些问题，薛天教授的团队首先对小鼠和人类进行了葡萄糖耐量测试，发现他们的GT在光照下显著下降。除了调节视觉感知的视锥细胞和视杆细胞外，光还可以直接激活内在光敏性视网膜神经节细胞(ipRGCs)，这些细胞支配大脑的许多区域，从而调节昼夜节律等功能。为了确定哪种类型的光感受器介导光诱导的葡萄糖耐受不良，研究小组逐个禁用不同类型的光感受器，发现它仅由ipRGCs介导。

为了确定葡萄糖耐受不耐受是由光诱导的昼夜节律中断引起的，还是通过神经回路直接调节光引起的，研究小组分别探测了中枢昼夜节律起搏器(SCN)和下丘脑视上核(SON)的兴奋毒性病变，观察它们各自对GT降低的贡献。结果表明，光诱导的葡萄糖耐受不耐受是由ipRGC-SON通路介导的，与昼夜节律相位无关。该团队进一步利用神经回路追踪技术发现了ipRGC-SON-PVN-NTS-RPa通路，该通路介导光诱导的葡萄糖耐受不良。

研究人员进一步探索了光诱导下糖代谢相关激素和营养物质的变化，包括胰岛素、胰高血糖素和胰高血糖素样肽-1，发现它们保持不变。因此，光不会干扰糖原的合成和分解代谢。研究还显示，血液中乳酸、非酯化脂肪酸和其他氨基酸的水平没有变化，排除了光线抑制血糖向脂肪和氨基酸转化的可能性。

因此，研究人员重点研究了BAT的呼吸作用，它消耗葡萄糖和脂肪来产生热量，以维持体温的稳态。通过阻断对BAT的交感神经投射等技术，研究小组证实，光诱导的葡萄糖耐受不良是由光抑制BAT的产热作用引起的，从而减少了葡萄糖的消耗。此外，研究人员发现，在热中性环境中的受试者没有表现出葡萄糖耐受不良的迹象，这表明光诱导的葡萄糖耐受不良也可能是由BAT活性介导的。

该团队揭示了光调节葡萄糖代谢的特定神经通路，可作为未来研究的潜在治疗靶点。

薛天教授， 博导 中国科学技术大学人力资源部部长 生命科学与医学部执行部长  微尺度物质科学国家研究中心“神经环路与脑认知部”主任 长期从事光感受神经生物学的光信号转导、神经环路以及视觉再生修复等方面研究。

至今共发表SCI论文49篇，多篇通讯作者论文发表在Nature、Cell等学术期刊，被引用4000余次, h-index 27。获国家创新人才计划（2012），优秀青年基金 (2013)，重大科学研究计划青年973项目首席科学家（2013），中科院脑科学卓越中心骨干（2014），国际研究资助组织Human Frontier Science Program (HFSP) Young Investigator Grants（2014），国家自然科学基金委杰出青年基金（2019），国家重点研发计划项目首席科学家（2020）。担任国务院学术委员会第八届学科评议组成员、教育部高等学校生物技术与生物工程类专业教学指导委员会委员、中国生理学会常务理事、中国神经科学学会、中国细胞生物学学会理事、中国生物物理学会组织建设工作委员会主任等学术任职。

中国科学技术大学提供