Nature子刊新发现:独特的葡萄糖感应神经元可调节血糖

2020
05/06

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lauren / 转化医学网
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低血糖是指成年人空腹血糖浓度低于2.8mmol/L。糖尿病患者血糖值≤3.9 mmol/L即可诊断为低血糖。

低血糖症是一组多种病因引起的以静脉血浆葡萄糖(简称血糖)浓度过低,临床上以交感神经兴奋和脑细胞缺氧为主要特点的综合征。低血糖的症状通常表现为出汗、饥饿、心慌、颤抖、面色苍白等,严重者还可出现精神不集中、躁动、易怒甚至昏迷等。

低血糖症是一种威胁生命的疾病,尤其是对于那些依靠强化胰岛素治疗来防止血糖过高的1型糖尿病患者来说。解决这一问题的办法可能来自于更好地理解维持血糖平衡的基本机制。在贝勒医学院和其他机构,由贝勒儿科营养和分子及细胞生物学副教授徐勇(Yong Xu)博士领导的研究人员已经确定了大脑中一组独特的葡萄糖敏感神经元,以及他们如何共同努力以防止小鼠体内的严重低血糖。他们的研究结果发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上。

徐表示,“葡萄糖感应神经元能够感知血糖水平的波动,并通过迅速降低或增加它们的兴奋活动做出反应。这种反应可以触发行为的变化,从而增加葡萄糖水平。例如,动物可能会开始进食,葡萄糖感应神经元还可以影响激素的产生,如胰高血糖素,它可以直接调节外周组织对葡萄糖的产生或吸收。这是一个保持血糖平衡的反馈系统。”葡萄糖敏感神经元存在于大脑的几个区域。徐和他的同事们主要关注的是位于下丘脑腹内侧核((vlVMH)腹外侧亚区的神经元。该区域的许多神经元表达雌激素受体-α,并对血液中的葡萄糖波动作出反应,但其在葡萄糖代谢中的作用尚未得到专门研究。

一个独特的神经元种群研究人员发现,小鼠大脑vlVMH核内的神经元具有独特的特征。首先,徐和他的同事们惊讶地发现,在VMH的其他分区中,大约有一半的神经元是葡萄糖敏感的,而在腹外侧分区中,所有的雌激素受体-α神经元都是葡萄糖敏感的。正是这个事实使得这组神经元非常独特。徐和他的同事们还发现,尽管这个区域的所有神经元都能感知葡萄糖,但它们对葡萄糖水平变化的反应却不尽相同。大约有一半的神经元是“葡萄糖兴奋的”——当神经元感受到高水平的葡萄糖时,它们的兴奋活动就会增加,而当葡萄糖水平低时,它们的兴奋活动就会减少。相反,另一半神经元受葡萄糖抑制,当葡萄糖高时,神经元的兴奋性降低,而当葡萄糖低时,神经元的兴奋性升高。

“我们想知道为什么这些神经元对相同的葡萄糖挑战做出了相反的反应,”徐说。研究人员结合了基因图谱、药理学、电生理学和CRISPR基因编辑方法来研究这个问题。他们研究了每种葡萄糖敏感神经元对葡萄糖水平做出反应的离子通道。离子通道是跨越神经元细胞膜的大分子。这些通道控制着带电原子或分子进出神经元的离子流,这一过程对调节神经元的放电活动至关重要。研究人员发现,受葡萄糖刺激的神经元使用的是KATP离子通道,而受葡萄糖抑制的神经元使用的是另一种离子通道Ano4。“KATP离子通道在我们的领域是众所周知的,但是Ano4离子通道在葡萄糖传感中的作用从未被报道过。

我们发现了一种新的离子通道,它对葡萄糖抑制神经元很重要。”协同作用调节血糖此外,徐和他的同事还发现,当葡萄糖兴奋和葡萄糖抑制的神经元对低血糖水平做出反应时,神经元回路就会参与其中。他们发现这些回路是不同的——葡萄糖刺激的神经元向大脑区域投射神经元连接,而这个区域与葡萄糖抑制的神经元所到达的区域不同。

参考:

【1】https://medicalxpress.com/news/2020-05-unique-glucose-sensing-neurons-blood-sugar.html

【2】https://www.nature.com/articles/s41467-020-15982-7

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