撰文
Qi
#糖尿病#
一个多世纪以来，血糖和胰腺分泌的中枢调节作用已为人所知。胰岛素分泌被认为是集中控制，最初的证据来自经典的巴甫洛夫调节实验，随后对大鼠和狗的大脑损伤或电刺激实验表明似乎许多脑区都与胰岛素水平调节相关。研究发现主要位于下丘脑的葡萄糖感应神经元对高血糖或低血糖都有反应，并可以调节胰岛素分泌，但大脑中特定神经元群与胰腺β细胞之间的神经解剖学和功能性细胞间通讯仍然未知。
年2月1日，来自美国NIH的SushilG.Rane团队在CellMetabolism杂志上发表了一篇题为Adistincthypothalamus-to-βcellcircuitmodulatesinsulinsecretion的文章，该团队发现了一条将下丘脑与小鼠β细胞相连接的功能性跨神经元回路，该回路起源于室旁下丘脑核中的催产素神经元亚群（oxytocinneuronsintheparaventricularhypothalamicnucleus,PVNOXT）并通过交感自主神经分支到达内分泌胰腺的胰岛以支配β细胞。刺激PVNOXT神经元会迅速抑制胰岛素分泌并导致高血糖症。相反，这些神经元的沉默通过失调β细胞中的神经元信号传导和分泌途径来提高胰岛素水平，并诱导低血糖。此外，PVNOXT神经元活动由葡萄糖剥夺触发。总之，这项研究表明PVNOXT神经元的一个子集与小鼠中的β细胞形成功能性多突触回路以调节胰岛素分泌，它们的功能是β细胞对低血糖反应所必需的。
为了识别大脑中与β细胞突触连接的神经元群，作者设计了一种体内追踪方法，将逆行示踪剂Βa被注射到仅在β细胞中表达Cre重组酶的Ins1-Cre小鼠的胰管中，在注射后的24至48小时内，在胰岛，特别是β细胞中检测到病毒EGFP+荧光，到72小时，第一个EGFP+细胞出现在脊髓中间外侧核和下丘脑中，且几乎完全位于PVN，提示存在一个将PVN神经元某种子集与胰腺β细胞相连接的跨神经元回路。
投射到脊髓胸段的PVN神经元的两个主要亚群是催产素能或血管加压素能神经元，而在上述追踪实验中，一组EGFP+细胞对神经肽催产素也呈阳性，于是作者想验证PVNOXT神经元与葡萄糖稳态调节之间的联系。作者在OXT-ires-Cre小鼠的PVN中立体定位注射AAV-DIO-hM3Dq或AAVDIO-mCherry病毒，以诱导仅在PVNOXT神经元中表达hM3Dq受体或mCherry荧光报告基因，随后通过小鼠腹腔注射葡萄糖或葡萄糖和hM3Dq受体激动剂CNO。在CNO刺激10分钟后收获小鼠胰腺，利用最新的完整胰腺切片方案进行电镜观察，以证明神经元对β细胞胰岛素颗粒运动的影响。正常情况下，约10%的颗粒滞留在质膜上，只有一小部分会在刺激后立即释放，而PVNOXT神经元的刺激会导致在质膜上的颗粒显着减少，提示PVNOXT神经元激活向β细胞传递信号，以通过靶向颗粒运输来抑制胰岛素释放。作者同时使用体内葡萄糖监测遥测系统进行监测，在高血糖刺激期间对PVNOXT神经元的激活导致血糖水平显着升高，且这种效应至少在葡萄糖给药后的前30分钟内持续。这一发现与PVNOXT神经元在抑制胰岛素分泌中的作用一致。
PVN是唯一一个含有投射到脊髓的催产素神经元的脑区，为了确认这一回路是否涉及交感神经节前神经元，作者在OXT-ires-Cre小鼠脊髓的第9-13胸段注射了一种逆行Cre依赖的AAV-hM3Dq病毒，在禁食再喂食期间用CNO刺激这些神经元可以导致餐时血糖水平显着升高，表明PVNOXT神经元通过涉及交感神经节前神经元的回路支配胰腺。
在禁食期间，往往需要抑制胰岛素分泌以防止低血糖和有害的神经降糖作用。为了评估这群神经元在禁食诱导的胰岛素抑制中的作用，作者通过注射病毒使PVNOXT神经元沉默，在禁食24小时后，沉默组小鼠的血浆胰岛素水平明显高于对照组，而血糖水平显着降低。在此期间，作者对小鼠胰岛进行RNA-seq，发现与神经传递、以及胰岛素分泌相关的囊泡运输和颗粒融合相关信号通路受到显着影响。这些发现证明功能性PVNOXT神经元对于抑制胰岛素分泌和预防慢性禁食期间的低血糖症是必要的。
先前研究已经报道PVN中含有对低葡萄糖水平有强烈反应的前自主神经元，那么PVNOXT神经元是否是对抗低血糖的中枢传感机制的一部分呢？作者注射一种无法被代谢的，可以引起低血糖反应的葡萄糖类似物2-DG，并监测PVNOXT神经元响应2-DG的活动。与对照组相比，2-DG组中催产素神经元数量几乎增加了两倍，且PVNOXT神经元能在给药后20分钟内增加其活性来响应2-DG注射。这些结果表明PVNOXT神经元作为对低血糖大脑感知机制的一部分，在响应葡萄糖缺乏方面具有独特作用。
总的来说，这项研究揭示了一条调节胰岛素分泌的功能性脑-β细胞跨神经元回路，该回路将中枢反应与严重的低血糖症和胰岛素分泌的交感神经抑制联系起来。然而，考虑到小鼠和人类在内分泌胰腺神经支配和胰岛组织方面的神经解剖学差异，这些发现是否适用于人类仍有待观察。
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