CRISPR发现下丘脑介导抗肥胖和糖尿病作用的神经回路

日期: 2018年04月20日


    

导读:长期以来,科学家们一直在寻找瘦素的脑内靶点。塔夫茨大学医学院的神经科学家们使用流行的CRISPR基因编辑技术,确定了下丘脑介导瘦素抗肥胖和抗糖尿病作用的神经回路,这项旨在寻找治疗肥胖、I型糖尿病和II型糖尿病及其并发症的研究成果发表于4月18日的《Nature》杂志。赛业小编为您推荐“CRISPR发现下丘脑介导肥胖和抗糖尿病作用的神经回路”,详情如下:


20多年前,诺奖潜力股“瘦素”的发现改变了肥胖研究,然而,瘦素的作用机制至今仍是一个谜。科学家们看到现象:白色脂肪细胞分泌瘦素,促进人类等许多动物的大脑生成抑制食欲的饱腹信号,从而稳定体重和血糖。

 

CRISPR发现下丘脑介导肥胖和抗糖尿病作用的神经回路


瘦素及其受体功能失调会令动物产生贪食和极端暴饮暴食、肥胖和II型糖尿病等症状。然而,瘦素补充剂对这些症状通常无效。由于未知原因,大多数肥胖人群是瘦素抵抗的,尽管相关研究很多,瘦素的临床应用仍然有限。


“许多神经元类型都表达瘦素受体,但是还未发现任何一种起主要作用,神经元细胞群中是否存在这类特定细胞还有争议。在没有识别到瘦素作用的真正靶标之前,很难研究其主导回路,更无法有效地检验任何假说,”文章通讯作者、医学院神经科学助理教授Dong Kong博士说。“希望我们的研究策略和遗传学工具能激励其他神经生物学和代谢研究领域的研究人员。”


公然违抗主流观点


为了寻找瘦素在大脑中的靶点,Kong和他的团队从经常被人忽视的瘦素为什么能通过胰岛素独立的方式纠正I型糖尿病从而绕过瘦素敏感性的问题入手,他们使用链脲佐菌素(streptozotocin,STZ)破坏胰腺β细胞,停止胰岛素和瘦素生产,诱导非肥胖成年小鼠糖尿病,然后大范围地映射神经元脑活动。


“我们发现,这些小鼠的下丘脑AgRP神经元异常活跃,我们怀疑这是因STZ诱导的瘦素缺乏引起。更令人兴奋的是,我们用瘦素真的抑制了AgRP神经元,然后迅速扭转了糖尿病,”文章共同一作、研究生院生物医学科学专业神经科学项目博士研究生Christopher Bartolome说。


事实上,早期研究瘦素的工作者曾经提出过AgRP和POMC神经元是瘦素的直接靶标的想法【Neuron 42, 983–991 (2004);Neuron 71, 142–154 (2011)】。采用Cre-LoxP基因编辑系统删除AgRP神经元的瘦素受体未能制造出肥胖或糖尿病小鼠,于是,大多数科学家抛弃了这个观点。Kong和他的团队猜想,如果小鼠一出生就患有慢性肥胖或糖尿病的话,很难说明瘦素的工作机制。


于是,为了重拾这个非主流观点,他们启用了新型CRISPR基因编辑技术,用腺相关病毒携带引导RNAs定点缺失了年轻成年小鼠AgRP神经元的瘦素受体。


CRISPR技术是这篇文章的关键,因为在发育阶段,AgRP神经元的易感性有时影响Cre-LoxP重组酶系统处理,感受性也许可以解释为什么过去的研究未能制造出预想的体重增加效果。


“我们发现缺失瘦素受体的AgRP神经元明显诱导了小鼠肥胖和糖尿病,提示它们在很大程度上起着抗肥胖和抗糖尿病的作用,这表明AgRP神经元是瘦素介导大脑行为的主要场所,”Kong说。


瘦素抑制AgRP神经元前、后突触


文章不仅描述了针对肥胖和糖尿病治疗的一个主要靶点,同时也发现了瘦素抑制这些神经元的两种不同机制:一是突触前机制,受AgRP神经元支配的GABA介导了瘦素的摄食急性效应;二是突触后机制,对ATP敏感的钾离子通道对瘦素作用于AgRP神经元调节能量平衡、血糖和摄食起作用。


“这些发现也很重要,充分理解瘦素效应的神经基础有助于理解造成肥胖和瘦素抵抗的原因,”文章共同一作、博后研究学者Jie Xu博士说。


原文检索:Genetic identification of leptin neural circuits in energy and glucose homeostases


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