《Life Sciences》：Effects of IGF-1 receptor inactivation in tyrosine hydroxylase cells on body growth and growth hormone secretion
编辑推荐：
生长激素（GH）分泌受下丘脑TH神经元调控，该研究通过构建敲除IGF1R基因的TH神经元小鼠模型，发现IGF1R信号在雄性小鼠青春期早期通过负反馈抑制GH分泌，影响生长，而同时敲除GHR基因未出现生长缺陷，提示IGF1R与GHR在GH调控中存在协同负反馈机制。
Maria E. de Sousa|Daniela O. Gusmao|Marina G. Martins|Edward O. List|John J. Kopchick|Jose Donato
圣保罗大学生物医学科学研究所生理学与生物物理学系，巴西圣保罗州圣保罗市，邮编05508-000
摘要
生长激素（GH）的分泌受多种机制调控，包括由GH或胰岛素样生长因子1（IGF-1）介导的负反馈回路。先前的研究表明，酪氨酸羟化酶（TH）表达细胞中的GH受体（GHR）信号传导可以调节GH的分泌。然而，目前尚不清楚下丘脑中的TH神经元是否也对IGF-1有反应，从而调控GH的分泌。在本研究中，我们发现下丘脑弓状核（ARH）中有一部分TH神经元同时表达促生长激素释放激素（GHRH）和IGF-1受体（IGF1R）。TH细胞中IGF1R基因缺失的小鼠（THΔIGF1R小鼠）在青春期前后出现生长减缓现象，这一现象主要发生在雄性小鼠中；而在8周或10周龄时（无论是雄性还是雌性），这种生长减缓现象并未出现。雄性THΔIGF1R小鼠的GH脉冲频率也有所降低。我们还培育出了TH表达细胞中同时缺乏IGF1R和GHR的小鼠。与THΔIGF1R小鼠不同，THΔIGF1R/GHR小鼠在青春期前后没有表现出体重、瘦体重或脂肪量的减少。综上所述，IGF-1对TH表达细胞的作用会影响雄性小鼠的GH脉冲频率，而这些细胞中IGF1R信号传导的缺失会导致轻微且暂时的生长影响。
引言
生长激素（GH）由垂体前叶产生并分泌，对调节身体和组织的生长起着关键作用[1]。GH缺乏会导致生长缺陷，而生命早期的GH过度分泌若不加以治疗，则可能导致巨人症。GH的分泌受到多种下丘脑神经肽和激素的调控。胃中产生的胃饥饿素（ghrelin）在能量不足时会被释放，通过激活生长激素分泌促进受体（GHS-R）来刺激GH的分泌，这一过程可以经由下丘脑神经元或直接在生长激素细胞中发生[[2], [3], [4], [5], [6]]。最近研究发现，肝脏产生的抗菌肽2是一种内源性GHS-R拮抗剂，能够抑制GH的分泌[7,8]。在下丘脑中，生长抑素（STT）表达的神经元会抑制GH的分泌，而促生长激素释放激素（GHRH）神经元则是GH轴的重要刺激因子[1,9,10]。STT和GHRH神经元都表达GH受体（GHR）[[11], [12], [13], [14], [15]]，因此它们能够通过负反馈回路检测GH水平的变化来调节GH的分泌[9,10]。GHRH表达神经元中GHR的失活会导致GH过度分泌，并增加瘦体重和身体生长，这是负反馈机制丧失的常见反应[15]。胰岛素样生长因子1（IGF-1）也对下丘脑[11,15,16]或垂体[17,18]产生负反馈作用，从而调节GH的分泌。这是因为肝脏中的GHR信号传导可以调控肝脏中IGF1的表达和循环中的IGF-1水平[19,20]。因此，循环中的IGF-1通常是GH分泌的可靠指标。为了说明IGF-1负反馈的重要性，研究人员培育出了GH产生细胞中IGF1受体（IGF1R）基因缺失的小鼠[17,18]。这些小鼠的GH和IGF-1水平升高，表明垂体中的IGF1R信号传导限制了GH的分泌[17,18]。只有在IGF1R基因缺失的同时GHR基因也缺失的情况下，IGF1R在STT表达细胞中的失活才会影响GH的分泌[11]。然而，在GHRH表达细胞中IGF1R的失活会导致GH过度分泌和明显的巨人症表型[16]，这表明IGF-1对GHRH神经元的负反馈作用尤为重要，且无法被其他反馈机制所抵消。除了STT和GHRH神经元外，其他神经元群体似乎也在调节GH分泌中起着重要作用[9,10]。例如，下丘脑弓状核（ARH）中产生神经肽Y（NPY）的神经元强烈表达GHR[[21], [22], [23]]。NPY信号传导在进食和禁食状态下都能调节GH的分泌[24]。尽管如此，在AgRP相关蛋白（AgRP）表达细胞中GHR基因缺失并不会改变GH的分泌[25]。另一类调节GH分泌的神经元是酪氨酸羟化酶（TH）表达细胞[26]。TH是多巴胺和其他儿茶酚胺生物合成中的限速酶，ARH中的TH细胞通过释放多巴胺来调节垂体催乳素的分泌[27]。部分ARH中的TH细胞会直接对GH产生反应[26,28]。值得注意的是，在TH表达细胞中失活GHR反而会增加GH的分泌并促进雄性小鼠的生长[26]，这表明一组多巴胺神经元通过GH负反馈机制调节生长激素轴。然而，目前尚不确定下丘脑中的TH细胞是否也能对IGF1R信号传导作出反应以调节GH的分泌。因此，本研究旨在培育TH表达细胞中IGF1R基因缺失的小鼠，以评估其对生长和GH分泌的影响。此外，我们还评估了同时缺失IGF1r和Ghr基因的小鼠的表型，以探讨GH和IGF-1在TH表达细胞中的负反馈相互作用。
实验方法
实验程序获得了圣保罗大学生物医学科学研究所动物使用伦理委员会的批准。通过将THCre小鼠（杰克逊实验室，缅因州巴港；RRID: IMSR_JAX:008601）与Igf1rfloxflox小鼠（杰克逊实验室；RRID: IMSR_JAX:012251）进行杂交，培育出了THCre::Igf1rfloxflox小鼠（简称THΔIGF1R）。
ARH中的一部分TH阳性细胞表达GHRH
先前的研究表明，ARH中有一部分TH神经元同时表达GHRH[15,34,35]。为了量化这种共表达的比例，我们对4只雄性和4只雌性GHRHeGFP小鼠进行了实验，并分析了它们的下丘脑。由于未观察到性别差异（数据未显示），因此将两性的数据合并进行了分析。在所有实验动物中，都观察到了双标记的TH+/GHRH+神经元（图1A–C）。平均而言，23.7±5.2%的TH+神经元表达了报告基因。讨论
本研究验证了IGF1R在TH表达细胞中的信号传导可以调节GH分泌，进而影响生长的假设。这一假设基于TH神经元通过GHR表达参与GH分泌调控的事实，因为这些细胞中GHR的缺失会导致典型的负反馈丧失效应，如GH分泌增加和纵向生长加快[26]。有趣的是，THΔGHR和GHRHΔGHR小鼠表现出非常相似的表型[15,26]
结论
根据当前的研究结果以及先前发表的文献[15,16,26]，我们认为TH+/GHRH+神经元参与了GH的负反馈调节，而IGF1R的负反馈主要由TH?/GHRH+神经元介导。此外，我们推测ARHTH+神经元中的IGF1R信号传导可能对其他控制生长激素轴的神经元群体具有抑制作用，这可以解释THΔIGF1R小鼠所表现出的现象。总体而言，本研究提供了新的见解。作者贡献声明
Maria E. de Sousa：实验研究、数据分析。
Daniela O. Gusmao：实验研究、数据分析。
Marina G. Martins：实验研究。
Edward O. List：资源提供。
John J. Kopchick：资源提供、项目管理、资金申请、数据管理、概念构思。
利益冲突声明
作者声明不存在利益冲突。致谢
本研究得到了以下机构的支持：圣保罗州研究资助基金会（FAPESP/巴西；资助编号：2020/01318-8（JD）、2021/03316-5（DOG）和2024/18534-6（MGM）；巴西高等教育人员培训协调委员会（CAPES；资助代码001（MES）；以及美国国立卫生研究院（NIA资助编号：R01AG059779（JJK和EOL））。
