科學(xué)家揭示光照影響血糖代謝機(jī)制
來(lái)源：科技日?qǐng)?bào) 發(fā)布時(shí)間：2023-02-01 15:17:56
薛天團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)光通過(guò)激活視網(wǎng)膜上特殊的感光細(xì)胞，經(jīng)視神經(jīng)至下丘腦和延髓的系列神經(jīng)核團(tuán)傳遞信號(hào)，最終通過(guò)交感神經(jīng)作用于外周的棕色脂肪組織，從而壓抑了機(jī)體的血糖代謝能力。
生命體要生存就必須要根據(jù)外界環(huán)境條件控制體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的代謝平衡哺乳動(dòng)物已經(jīng)進(jìn)化出了精確和復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)用于持續(xù)動(dòng)態(tài)調(diào)控血糖代謝。大量公共衛(wèi)生調(diào)查顯示夜間過(guò)多光源暴露顯著增加肥胖和糖尿病等代謝疾病的患病風(fēng)險(xiǎn)。而作為最重要的外部環(huán)境因素，光是否直接調(diào)控血糖代謝？其中涉及哪類感光細(xì)胞、何種神經(jīng)環(huán)路以及外周靶器官，這些問(wèn)題一直沒(méi)有得到解答。
近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部薛天教授團(tuán)隊(duì)在《細(xì)胞》雜志在線發(fā)表了一項(xiàng)研究成果。他們發(fā)現(xiàn)光通過(guò)激活視網(wǎng)膜上特殊的感光細(xì)胞，經(jīng)視神經(jīng)至下丘腦和延髓的系列神經(jīng)核團(tuán)傳遞信號(hào)，最終通過(guò)交感神經(jīng)作用于外周的棕色脂肪組織，直接壓抑了機(jī)體的血糖代謝能力。
視網(wǎng)膜自感光神經(jīng)節(jié)細(xì)胞是“信號(hào)發(fā)生器”
該團(tuán)隊(duì)首先對(duì)小鼠和人執(zhí)行葡萄糖耐受性檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)數(shù)個(gè)小時(shí)的光暴露顯著降低了人和小鼠的血糖耐受性。哺乳動(dòng)物光感受主要依賴于視網(wǎng)膜上的三類感光細(xì)胞。除了視錐和視桿細(xì)胞介導(dǎo)圖像視覺(jué)感知外，光也能直接激活視網(wǎng)膜上的第三類感光細(xì)胞——視網(wǎng)膜自感光神經(jīng)節(jié)細(xì)胞（ipRGC），它依靠自身表達(dá)的視黑素對(duì)波長(zhǎng)靠近480納米的短波長(zhǎng)藍(lán)光敏感。ipRGC支配諸多下游腦區(qū)進(jìn)而調(diào)控如瞳孔對(duì)光反射、晝夜節(jié)律、睡眠和情緒認(rèn)知功能。光降低血糖耐受性通過(guò)何種感光細(xì)胞介導(dǎo)？通過(guò)基因工程手段，該團(tuán)隊(duì)逐一“敲除”了以上三類感光細(xì)胞的感光能力，發(fā)現(xiàn)光誘發(fā)血糖不耐受由ipRGC獨(dú)立介導(dǎo)。
緊接著，該團(tuán)隊(duì)探究了小鼠視網(wǎng)膜至腦內(nèi)的哪些核團(tuán)參與了光調(diào)控血糖代謝這一生理過(guò)程。下丘腦是調(diào)控機(jī)體代謝的重要區(qū)域，其中ipRGC對(duì)下丘腦視交叉上核（SCN）核團(tuán)和視上核（SON）核團(tuán)發(fā)出密集的神經(jīng)纖維。已知數(shù)周的異常光照模式能夠通過(guò)影響SCN核團(tuán)，造成小鼠生物鐘節(jié)律失調(diào)，進(jìn)而間接影響其血糖的代謝功能。該團(tuán)隊(duì)分別損毀或利用化學(xué)遺傳手段操控接受ipRGC投射的SCN核團(tuán)和SON核團(tuán)，發(fā)現(xiàn)光急性降低血糖耐受性這一過(guò)程獨(dú)立于生物鐘節(jié)律系統(tǒng)，而由ipRGC投射至SON核團(tuán)的神經(jīng)環(huán)路直接介導(dǎo)。
通過(guò)影響棕色脂肪組織壓抑葡萄糖代謝
光是依靠影響外周血糖代謝器官來(lái)影響血糖代謝的。換句話說(shuō)，該團(tuán)隊(duì)還得找到光阻止血液中的葡萄糖代謝是由什么器官介導(dǎo)的。他們最終將目光鎖定在血糖“消耗大戶”——棕色脂肪組織上。
棕色脂肪組織主要分布在肩胛間區(qū)、腋窩及頸后部，它的重要作用之一是燃燒葡萄糖或脂肪，直接產(chǎn)熱以維持體溫穩(wěn)態(tài)。研究人員同時(shí)也觀察到光能顯著壓抑棕色脂肪組織的溫度。
該團(tuán)隊(duì)確定了光降低血糖耐受性正是通過(guò)壓抑棕色脂肪組織產(chǎn)熱，進(jìn)而減少該組織對(duì)葡萄糖的利用實(shí)現(xiàn)的。
小鼠晝伏夜出，作息時(shí)間與人相反。人體的血糖代謝能力是否也受光的調(diào)節(jié)呢？該團(tuán)隊(duì)分別使用ipRGC敏感的藍(lán)光與ipRGC不敏感的紅光，測(cè)試人在不同波長(zhǎng)光照射下的血糖耐受性。結(jié)果顯示，只有在藍(lán)光的照射下，人的血糖耐受性顯著下降。該團(tuán)隊(duì)使被試者處于熱中性溫度環(huán)境下（熱中性溫度下棕色脂肪組織活性被壓抑）進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果顯示光不再壓抑血糖耐受性。上述實(shí)驗(yàn)提示，光可以降低人的血糖耐受性，而且其機(jī)制很可能與小鼠相同，即光也被人的ipRGC感知并且通過(guò)人的棕色脂肪組織介導(dǎo)。
這項(xiàng)光調(diào)節(jié)血糖代謝的機(jī)制研究，提示現(xiàn)代人應(yīng)該關(guān)注光線環(huán)境對(duì)健康的影響，針對(duì)夜間光污染造成的罹患代謝疾病風(fēng)險(xiǎn)的提高，人們應(yīng)考慮生活環(huán)境中夜間人造光線的波長(zhǎng)、強(qiáng)度以及人在其中的暴露時(shí)長(zhǎng)。（吳長(zhǎng)鋒）
責(zé)任編輯：邢敏
