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人民網(wǎng)健康·生活

科學(xué)家揭示光照影響血糖代謝機(jī)制

吳長(zhǎng)鋒

2023年02月01日07:43 來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)

  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)。

(責(zé)編:孫紅麗、李楠樺)


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