Cell | 3篇！中国科学技术大学薛天团队发现光调控血糖代谢的神经机制

公共卫生研究表明，人造光是代谢紊乱的高风险因素。然而，光调节代谢的神经机制仍然难以捉摸。

2023年1月19日，中国科学技术大学薛天团队在Cell 在线发表题为“Light modulates glucose metabolism by a retina-hypothalamus-brown adipose tissue axis”的研究论文，该研究发现光可以通过激活支配下丘脑视上核(SON)的固有光敏性视网膜自感光神经节细胞(ipRGCs)急剧降低小鼠的葡萄糖耐量(GT)。SON中的加压素（Vasopressin）神经元投射到室旁核，然后投射到孤束核中的GABA能神经元，最后投射到棕色脂肪组织(BAT)。

光对该神经回路的激活直接阻断了BAT中的自适应产热作用，从而降低了GT。在人类中，光也在BAT活跃的温度下调节GT。因此，该研究工作揭示了视网膜-SON-BAT轴介导光对葡萄糖代谢的影响，这可能解释了人工光和代谢失调之间的联系，提出了一种潜在的预防和治疗策略来管理葡萄糖代谢障碍。

另外，2022年4月8日，中国科学技术大学薛天和鲍进共同通讯在Cell 在线发表题为“Melanopsin retinal ganglion cells mediate light-promoted brain development”的研究论文，该研究发现 ipRGC 介导的光感促进了各种皮质和海马中锥体神经元的突触发生。这种现象取决于 ipRGCs 的激活，并由视上核 (SON) 和室旁核 (PVN) 向脑脊髓液中释放催产素介导。该研究进一步描述了 SON 中 ipRGC 和催产素神经元之间的直接联系，以及 SON 和 PVN 中催产素神经元之间的相互投射。此外，该研究发现缺乏 ipRGC 介导的、光促进的早期皮质突触发生损害了成年小鼠的学习能力。总之，该研究结果强调了生命早期光感对学习能力发展的重要性，因此呼吁关注适合婴儿护理的光环境（点击阅读）。

2019年2月28日，中国科学技术大学薛天，鲍进及马萨诸塞大学医学院韩纲共同通讯在Cell 在线发表题为“Mammalian Near-Infrared Image Vision through Injectable and Self-Powered Retinal Nanoantennae”的研究论文，该研究开发了可注射眼球注射光感受器的上转换纳米粒子（pbUCNPs）。这些纳米颗粒锚定在视网膜光感受器上作为微型NIR光传感器，以产生具有可忽略的副作用的NIR光图像视觉（点击阅读)。

对于地球上的生命来说，光是最重要的环境因素之一。在哺乳动物中，光接受主要依赖于视网膜光感受器。除了激活负责图像形成视觉的常规杆状和锥状光感受器外，光还可以直接激活支配多个大脑区域的视网膜自感光神经节细胞(ipRGCs)，如橄榄顶盖前核、视交叉上核(SCN)、视前区和背侧扣周围核，分别控制瞳孔光反射(PLR)、昼夜节律、睡眠、情绪和认知功能。

在生存需求的驱使下，哺乳动物发展出精确而复杂的调节网络，以持续监测和动态控制葡萄糖代谢。适当的糖代谢调控需要及时、动态地响应环境因素进行调节。流行病学研究发现，人造光是糖尿病和肥胖等代谢性疾病的高危因素之一。

文章模式图（图源自Cell ）

动物研究表明，通过不同的光线模式扰乱昼夜节律会影响新陈代谢。例如，在夜间长时间暴露在异常光线下，已知会通过昼夜节律失调改变体内激素节律，从而影响葡萄糖代谢。然而，这些研究不能明确区分光和昼夜节律的作用。最近的一项研究观察到，在慢性时差小鼠模型中，紊乱的葡萄糖代谢依赖于光强，这表明光可能能够直接调节葡萄糖代谢。

在这里，该研究提出的证据表明，下丘脑视上核(SON)对于光对葡萄糖代谢的影响至关重要。该研究进一步表明，ipRGC-SON通路的激活，继续激发室旁核(PVN)神经元投射到孤束核(NTS)的GABA能神经元，通过β3-肾上腺素能信号通路阻断棕色脂肪组织(BAT)的适应性产热，导致糖耐量(GT)降低。与这些发现一致的是，光也会降低人类志愿者的葡萄糖代谢，在这个过程中BAT的产热作用起着允许的作用。

中国科学技术大学生命科学与医学部博士后孟建军和博士生沈嘉伟为本文的共同第一作者，中国科学技术大学生命科学与医学部薛天教授为本文的唯一通讯作者。该研究的合作者包括合肥学院赵欢教授，同时得到国家自然科学基金委、科技部、科学探索奖、峰基金、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队项目以及中国科学技术大学的资助。

转自：“iNature”微信公众号

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