Cell：科学家揭示光调节机体代谢过程的神经分子机制

研究表明，人造光（artificial light）是引发机体代谢紊乱的一种高风险因素，然而，光调节机体代谢背后的神经机制，目前研究人员并不清楚。近日，一篇发表在国际杂志Cell上题为“Light modulates glucose metabolism by a retina-hypothalamus-brown adipose tissue axis”的研究报告中，来自中国科学技术大学等机构的科学家们通过研究揭示了光感受抑制棕色脂肪组织（BAT）产热的神经分子机制，从而就会降低小鼠和人类机体中的葡萄糖耐受（GT）。

此前研究结果表明，光是诱发机体代谢紊乱的一种实质性因素，然而，光对机体代谢的调节是否是直接的还是通过昼夜节律的干扰仍然是未知的，此外，参与光调节机体葡萄糖代谢的特殊过程和神经回路，还有待于科学家们进一步研究阐明。为了阐明这些问题，研究者Xue Tian等人首先对小鼠和人类进行了葡萄糖耐受性的测试，结果发现，其机体的葡萄糖耐受水平在光照下会明显降低；除了介导视觉感知的椎体和杆状体外，光还能直接激活内在的光敏视网膜神经节细胞（ipRGCs，photosensitive retinal ganglion cells），这些细胞支配着很多大脑区域并能调节诸如昼夜节律钟等功能，为了确定哪类光感受器能介导光所诱导的葡萄糖不耐受，研究人员逐个失活了不同类型的光感受器，结果发现其或许仅仅是由ipRGCs所介导的。

为了确定是否葡萄糖不耐受是由光诱导的昼夜节律干扰或通过神经回路的直接光调节所引起的，研究人员利用兴奋性病变分别探测了中央昼夜节律器（SCN，central circadian pacemaker）和下丘脑视上核（SON，hypothalamus supraoptic nucleus），从而就观察到其在导致葡萄糖耐受性下降上都表现出了各自的贡献，研究结果表明，光诱导的葡萄糖不耐受或许是由ipRGC-SON通路所介导的，与昼夜节律相位无关。研究人员还进一步利用神经回路追踪技术发现了ipRGC-SON-PVN-NTS-Rpa通路或能介导光诱导的葡萄糖不耐受性。

科学家揭示光调节机体代谢过程背后的神经分子机制。

图片来源：Cell (2023). DOI:10.1016/j.cell.2022.12.024

随后研究人员进一步分析了参与机体葡萄糖代谢的光诱导的激素和营养物质的改变，葡萄糖代谢包括胰岛素、胰高血糖素和胰高血糖素样肽-1，结果发现，其依然能保持不变。因此，光并不会干扰糖原的合成和分解，此外研究人员还发现血液中的乳酸、非酯化脂肪酸和其它氨基酸的水平并未发生改变，这就消除了光抑制血糖向脂肪和氨基酸转化的可能性。

因此，研究人员重点关注了棕色脂肪组织的呼吸过程，其能消耗葡萄糖和脂肪来产热从而维持机体的体温平衡；利用诸如阻断交感神经对棕色脂肪组织的投射等技术，研究人员证实了，光所诱导的葡萄糖不耐受或许是由光对棕色脂肪组织产热的抑制所引起的，这就会降低机体葡萄糖的消耗；此外，研究人员还发现，在热中性的环境中受试者或许并未表现出葡萄糖不耐受的迹象，这就表明，光所诱导的葡萄糖不耐受性或许是由棕色脂肪组织的活性所介导的。研究人员揭示了光对机体葡萄糖代谢进行调节背后的特定神经通路，这在未来研究中或许有望作为机体代谢性疾病的潜在治疗性靶点。

综上，本文研究揭示了一种能介导光对机体葡萄糖代谢影响的视网膜-SON-棕色脂肪组织轴，其或许就能帮助解释人工光和机体代谢功能异常之间的关联，并提出了一种管理机体葡萄糖代谢障碍的潜在预防和治疗性策略。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Jian-Jun Meng，Jia-Wei Shen，Guang Li, et al. Light modulates glucose metabolism by a retina-hypothalamus-brown adipose tissue axis, Cell (2023). DOI:10.1016/j.cell.2022.12.024