胰岛素通过mTOR信号激活下丘脑室旁核的副交感肝相关神经元

2025-01-18 Sat
胰岛素通过mTOR信号激活下丘脑室旁核的肝相关神经元学术背景葡萄糖稳态是维持生命的关键生理过程，而肝脏在这一过程中扮演着核心角色。肝脏通过调节糖原生成和葡萄糖释放来维持血糖水平。尽管胰岛素可以直接作用于肝脏组织以抑制葡萄糖生成，但近年来的研究表明，中枢神经系统（尤其是下丘脑）在调节葡萄糖代谢中也起到了重要作用。下丘脑室旁核（paraventricular nucleus of the hypothalamus, PVN）是一个异质性核团，负责整合自主神经和代谢调节，特别是与肝脏功能相关的自主神经输出。PVN神经元表达胰岛素受体，并且通过迷走神经与肝脏相连，因此PVN被认为是胰岛素调节肝脏功能的关键中枢部位。
然而，胰岛素如何通过中枢神经系统调节肝脏功能的机制尚不明确。具体来说，胰岛素如何通过PVN神经元影响迷走神经输出以调节肝脏葡萄糖生成，仍然是一个未解之谜。为了解决这一问题，研究人员开展了这项研究，旨在揭示胰岛素通过PVN神经元调节肝脏功能的神经环路机制。
论文来源这篇研究论文由Karoline Martins dos Santos、Sandy E. Saunders、Vagner R. Antunes和Carie R. Boychuk共同完成。作者分别来自University of Texas Health San Antonio、University of São Paulo和University of Missouri。该论文于2024年12月12日首次发表在Journal of Neurophysiology上，DOI为10.1152/jn.00284.2024。
研究流程与结果1. 实验设计与流程a) 伪狂犬病毒（PRV）逆行示踪为了研究PVN神经元与肝脏之间的神经环路，研究人员使用了伪狂犬病毒（PRV-152）进行逆行示踪。PRV-152是一种经过改造的病毒，能够通过神经元之间的突触传递，从而标记出与肝脏相关的神经环路。具体步骤如下：
肝脏注射PRV-152：研究人员将PRV-152注射到小鼠的肝脏中，注射后分别在48小时、72小时和96小时处死小鼠，以观察不同时间点下PVN和迷走神经背核（dorsal motor nucleus of the vagus, DMV）中PRV-152标记的神经元数量。
迷走神经切断实验：为了确认PVN神经元与迷走神经的关系，研究人员在注射PRV-152前切断了小鼠的左迷走神经，观察PVN和DMV中标记神经元的变化。
b) 免疫组织化学表型分析为了确定PVN肝相关神经元（PVNhepatic）的神经肽表型，研究人员对PVN神经元进行了免疫组织化学染色，检测了三种主要的神经肽：催产素（oxytocin, OT）、血管加压素（vasopressin, VP）和促肾上腺皮质激素释放激素（corticotropin-releasing hormone, CRH）。
c) 电生理记录为了研究胰岛素对PVNhepatic神经元活动的影响，研究人员使用膜片钳技术记录了PVNhepatic神经元的电活动。具体步骤如下：
脑片制备：从小鼠大脑中取出包含PVN的脑片，并在人工脑脊液（ACSF）中进行孵育。
胰岛素处理：在记录神经元电活动时，研究人员向脑片中加入胰岛素，观察其对神经元放电频率的影响。
mTOR信号通路抑制实验：为了研究胰岛素作用的分子机制，研究人员在加入胰岛素前使用了mTOR抑制剂雷帕霉素（rapamycin），观察其对胰岛素诱导的神经元放电频率变化的影响。
2. 主要结果a) PRV逆行示踪结果DMV神经元标记：在注射PRV-152后48小时，DMV中开始出现少量标记神经元，72小时和96小时后标记神经元数量显著增加。迷走神经切断后，DMV中的标记神经元几乎完全消失，表明DMV神经元通过迷走神经与肝脏相连。
PVN神经元标记：PVN神经元在注射PRV-152后72小时开始出现标记，96小时后标记神经元数量显著增加。迷走神经切断后，PVN中的标记神经元几乎完全消失，表明PVN神经元通过迷走神经与肝脏相连。
b) 免疫组织化学表型分析结果PVNhepatic神经元未显示出与OT、VP或CRH的共标记，表明这些神经元可能不表达这些神经肽。
c) 电生理记录结果胰岛素对PVNhepatic神经元的影响：胰岛素显著增加了PVNhepatic神经元的放电频率。未标记的PVN神经元对胰岛素的反应较弱，表明胰岛素的作用具有特异性。
mTOR信号通路的作用：雷帕霉素预处理抑制了胰岛素诱导的PVNhepatic神经元放电频率增加，表明胰岛素的作用依赖于mTOR信号通路。
3. 结论与意义这项研究揭示了胰岛素通过mTOR信号通路激活PVNhepatic神经元，进而通过迷走神经调节肝脏功能的神经环路机制。具体来说，胰岛素通过激活PVNhepatic神经元，增加其放电频率，进而通过迷走神经抑制肝脏葡萄糖生成。这一发现不仅深化了我们对中枢神经系统在葡萄糖稳态中作用的理解，还为糖尿病等代谢性疾病的治疗提供了新的潜在靶点。
4. 研究亮点新颖的神经环路机制：首次揭示了胰岛素通过PVNhepatic神经元调节肝脏功能的神经环路机制。
mTOR信号通路的关键作用：明确了mTOR信号通路在胰岛素调节PVNhepatic神经元活动中的关键作用。
特异性标记技术：通过PRV逆行示踪和免疫组织化学技术，成功标记并鉴定了PVNhepatic神经元。
5. 其他有价值的信息实验设计的严谨性：研究人员通过迷走神经切断实验和mTOR抑制剂实验，确保了实验结果的可靠性和特异性。
潜在的应用价值：该研究为开发针对中枢神经系统的糖尿病治疗策略提供了理论基础。