下丘腦神經(jīng)元如何精準(zhǔn)識別葡萄糖的相關(guān)研究介紹

瀏覽次數(shù)：131　發(fā)布日期：2025-6-25　來源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

在我們的日常生活中，很少有人能抵擋住甜蜜的誘惑，大腦對葡萄糖的渴望似乎與生俱來。這不僅僅是因為甜食能給人帶來愉悅，更是因為葡萄糖是大腦的主要燃料。近期，《Neuron》雜志發(fā)表了一項突破性研究，揭示了大腦中一類特定的神經(jīng)元如何通過腸腦軸精準(zhǔn)識別腸道中的D-葡萄糖，從而調(diào)節(jié)饑餓狀態(tài)下對葡萄糖的偏好。這一發(fā)現(xiàn)不僅增進(jìn)了我們對大腦如何感知營養(yǎng)的理解，還可能為治療相關(guān)代謝疾病提供新思路。

研究思路：
面對“動物為何在饑餓時精準(zhǔn)優(yōu)先選擇葡萄糖”這一核心科學(xué)謎題，研究團(tuán)隊設(shè)計了三階段遞進(jìn)策略：首先通過基因定位技術(shù)（CRISPR-Cas9構(gòu)建CRFPVN特異性標(biāo)記小鼠模型），鎖定下丘腦關(guān)鍵神經(jīng)元群，排除遺傳背景干擾以驗證其作為葡萄糖感知核心靶標(biāo)的功能；繼而采用動態(tài)解碼雙技術(shù)并聯(lián)（光纖記錄實時監(jiān)測神經(jīng)元群體活動+雙光子活體成像解析單細(xì)胞編碼邏輯），捕捉到葡萄糖觸發(fā)特異性抑制而脂質(zhì)激活相同神經(jīng)元的“雙向響應(yīng)”模式，揭示營養(yǎng)識別的毫秒級神經(jīng)計算機(jī)制；最終通過通路驗證實驗（精密切斷迷走神經(jīng)證明脂質(zhì)信號依賴此通路，脊髓-內(nèi)臟神經(jīng)切除術(shù)則完全阻斷葡萄糖信號傳遞），結(jié)合跨物種狂犬病毒追蹤技術(shù)，繪制出“腸道→脊髓→PBNdl腦干核→下丘腦”的葡萄糖專屬神經(jīng)通道，由此破解進(jìn)化賦予脊椎動物的“擇糖本能”生物算法——脊髓通路以超高速傳遞葡萄糖身份信號，構(gòu)成維系生命的能量危機(jī)警報系統(tǒng)。

研究方法和結(jié)果：
1、腸道葡萄糖的特異性神經(jīng)解碼
研究內(nèi)容：探究下丘腦神經(jīng)元對不同腸道營養(yǎng)素的響應(yīng)模式。
研究結(jié)果：
1.CRFPVN神經(jīng)元活動在腸道灌注D-葡萄糖時顯著降低
2.同等熱量的脂質(zhì)激活該神經(jīng)元，果糖、蛋白質(zhì)則無顯著影響
3.饑餓狀態(tài)大幅增強(qiáng)神經(jīng)元對葡萄糖的敏感性

圖1 CRF PVN神經(jīng)元對含D-葡萄糖的糖類的特異性反應(yīng)

2、葡萄糖識別的分子門戶驗證
研究內(nèi)容：解析葡萄糖觸發(fā)神經(jīng)抑制的細(xì)胞機(jī)制。
研究結(jié)果：
1.阻斷腸道葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體（SGLT1/GLUT2）后，神經(jīng)元抑制效應(yīng)完全消失
2.胃腸激素?zé)o法模擬葡萄糖的抑制效果
3.證實葡萄糖需經(jīng)腸道吸收才能啟動神經(jīng)信號

圖2 D-葡萄糖誘導(dǎo)的CRF PVN神經(jīng)元抑制依賴于饑餓狀態(tài)和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，而非飽腹激素

3、神經(jīng)元活動對進(jìn)食選擇的直接調(diào)控
研究內(nèi)容：通過光遺傳學(xué)操縱神經(jīng)元觀察營養(yǎng)偏好變化。
研究結(jié)果：
1.激活CRFPVN神經(jīng)元使小鼠主動減少葡萄糖攝入
2.抑制該神經(jīng)元導(dǎo)致小鼠強(qiáng)烈偏好無營養(yǎng)甜味劑
3.神經(jīng)元活動即時改變操作性條件反射行為

圖3 CRF PVN神經(jīng)元活動對于D-葡萄糖在操作性自我輸注過程中的正強(qiáng)化作用是必需的

4、單細(xì)胞水平的營養(yǎng)身份解碼
研究內(nèi)容：在活體大腦追蹤單神經(jīng)元對營養(yǎng)素的響應(yīng)。
研究結(jié)果：
1.發(fā)現(xiàn)對葡萄糖抑制和脂質(zhì)激活產(chǎn)生雙向響應(yīng)的神經(jīng)元亞群
2.這些神經(jīng)元能精確區(qū)分不同營養(yǎng)素類型
3.非響應(yīng)神經(jīng)元在營養(yǎng)識別中無顯著貢獻(xiàn)

圖4 CRF PVN神經(jīng)元的一個亞群對腸道營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)

5、腦干樞紐的饑餓-葡萄糖調(diào)控機(jī)制
研究內(nèi)容：繪制腸道信號傳遞至下丘腦的神經(jīng)通路。
研究結(jié)果：
1.背外側(cè)臂旁核（PBNdl）神經(jīng)元直接投射至CRFPVN
2.饑餓狀態(tài)強(qiáng)烈激活PBNdl神經(jīng)元活動
3.腸道葡萄糖灌注顯著抑制PBNdl神經(jīng)傳遞

圖5 PBNdl神經(jīng)元的一個亞群將腸道D-葡萄糖信息傳遞給CRF PVN神經(jīng)元

6、脊髓通路的必要性驗證
研究內(nèi)容：通過神經(jīng)切斷實驗鑒定信號傳遞路徑。
研究結(jié)果：
1.切斷脊髓-內(nèi)臟神經(jīng)通路完全阻斷葡萄糖的神經(jīng)響應(yīng)
2.迷走神經(jīng)切斷僅影響脂質(zhì)信號傳遞
3.證實脊髓通路是葡萄糖信號傳遞的必要條件

圖6 不同的神經(jīng)通路將腸道營養(yǎng)信號傳遞至CRF PVN神經(jīng)元

7、跨物種保守通路的發(fā)現(xiàn)
研究內(nèi)容：探究葡萄糖感知通路的進(jìn)化保守性。
研究結(jié)果：
1.小鼠與果蠅存在類似的葡萄糖感知神經(jīng)機(jī)制
2.果蠅CRF同源神經(jīng)元通過脊髓同源結(jié)構(gòu)接收信號
3.該通路引導(dǎo)生物在饑餓時優(yōu)先選擇葡萄糖

圖7 從PBNdl神經(jīng)元出發(fā)的單突觸逆行示蹤揭示了脊髓神經(jīng)元

研究結(jié)論：
本研究首次揭示動物在饑餓時優(yōu)先選擇葡萄糖的神經(jīng)本質(zhì)：下丘腦CRFPVN神經(jīng)元作為葡萄糖的“分子識別器”，通過特異性抑制響應(yīng)腸道D-葡萄糖信號，而脊髓-腦干-PBNdl神經(jīng)樞紐構(gòu)成的專屬通路以毫秒級速度傳遞該信號，完全區(qū)別于迷走神經(jīng)介導(dǎo)的脂質(zhì)感知路徑，這種營養(yǎng)信號雙路徑機(jī)制不僅破解了生物在能量危機(jī)中精準(zhǔn)鎖定大腦燃料的百年謎題，更建立了“神經(jīng)身份識別”理論范式——大腦通過解碼營養(yǎng)素分子構(gòu)型而非單純熱量來驅(qū)動生存決策�；诖�，CRFPVN-脊髓回路成為干預(yù)代謝疾病的黃金靶點：在糖尿病中調(diào)控病理性糖欲以緩解神經(jīng)性饑餓，在肥胖癥中通過睡茄素A等小分子藥物重塑營養(yǎng)偏好，在帕金森病早期則解釋胃腸癥狀與脊髓神經(jīng)退變的關(guān)聯(lián)，為神經(jīng)退行性疾病提供全新預(yù)警指標(biāo)。這項發(fā)現(xiàn)從進(jìn)化保守的神經(jīng)算法出發(fā)，最終錨定人類代謝疾病治療的精準(zhǔn)坐標(biāo)，標(biāo)志著腦腸軸研究從機(jī)制解析邁向臨床干預(yù)的重大轉(zhuǎn)折。

參考文獻(xiàn)：
Kim J, Kim S, Jung W, et al. Encoding the glucose identity by discrete hypothalamic neurons via the gut-brain axis. Neuron. Published online June 18, 2025. doi:10.1016/j.neuron.2025.05.024 IF: 15.0 Q1

創(chuàng)作聲明：本文是在原英文文獻(xiàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行解讀，存在觀點偏向性，僅作分享，請參考原文深入學(xué)習(xí)。

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