光遗传学激活下丘脑AgRP1神经元显著促进斑马鱼幼体摄食行为的研究

本研究通过构建Tg(AgRP1:ChR2-Kaede)转基因斑马鱼品系，首次利用光遗传学技术激活下丘脑AgRP1神经元，结合微流控装置与粒子图像测速技术(PIV)，证实AgRP1神经元激活可显著增强斑马鱼幼体摄食行为。该研究为理解脊椎动物摄食神经环路保守性提供了重要模型，对代谢性疾病研究具有启示意义。

　　

在动物王国中，饥饿感的调控始终是维持生命的关键机制。下丘脑中的Agouti相关肽(AgRP)神经元作为"饥饿神经元"的核心角色，在哺乳动物中已被证实通过释放AgRP和神经肽Y(NPY)来驱动暴食行为。然而，这种神经调控机制在低等脊椎动物中的保守性仍存在诸多谜团。斑马鱼作为重要的模式生物，虽然具有与哺乳动物相似的下丘脑结构，但其AgRP神经元不共表达NPY，这种进化差异使得科学家们迫切需要一个合适的模型来探索摄食神经环路的本质特征。

美国伊利诺伊大学芝加哥分校的Erica E. Jung团队在《Scientific Reports》发表的研究中，创造性地构建了Tg(AgRP1:ChR2-Kaede)转基因斑马鱼品系，通过光遗传学技术首次揭示了AgRP1神经元在斑马鱼摄食行为中的关键作用。研究人员采用Tol2转座子系统将光敏离子通道ChR2与荧光蛋白Kaede融合表达在AgRP1神经元中，开发了新型琼脂糖基微流控装置实现幼体行为观测，并运用粒子图像测速(PIV)技术量化摄食行为参数。

在转基因品系构建方面，研究证实3kb的AgRP1启动子可驱动ChR2-Kaede在下丘脑特异性表达。共聚焦显微镜显示6日龄幼体(6dpf)中约有5个被标记的AgRP1神经元，约占该发育阶段神经元总数的25-50%。通过设计独特的微流控装置，研究人员实现了对幼体运动的精确限制，同时保留摄食所需的颌部运动能力。实验设置470nm蓝光持续刺激1分钟，通过PIV分析200×200μm²区域内食物颗粒流速变化来量化摄食行为。

研究结果显示，在饱食状态下，转基因幼体在光刺激期间表现出显著增加的吸吮频率(从基线4.2次/分增至6.5次/分，p=0.00227)，而野生型(ABWT)对照组无显著变化。更引人注目的是，在禁食状态下，转基因幼体不仅吸吮频率增加(从3.8增至6.1次/分，p=0.00134)，平均食物颗粒流速也显著提升(从0.52增至0.78mm/s，p=0.00851)。通过将流速与吸吮频率的乘积作为摄食量指标，研究发现禁食转基因幼体的摄食量增幅达58%，显著高于饱食状态的37%增幅。

讨论部分指出，该研究首次在斑马鱼中证实AgRP1神经元激活足以驱动摄食行为，支持了这类神经元功能在脊椎动物中的保守性。特别值得注意的是，与哺乳动物不同，斑马鱼的AgRP和NPY神经元在解剖学上分离，但研究结果暗示二者可能通过独立通路协同调控摄食。研究人员开发的琼脂糖基微流控装置和PIV分析方法为微小模式生物的神经行为研究提供了创新技术平台。

这项研究不仅填补了低等脊椎动物摄食神经机制的知识空白，其建立的转基因斑马鱼模型更为研究代谢性疾病、药物成瘾与摄食障碍的神经基础提供了重要工具。未来研究可进一步探索AgRP1神经元与味觉通路、NPY神经元的协同作用，以及ghrelin等代谢激素在该系统中的调控机制，为理解能量代谢的神经调控提供更全面的认识。