科學(xué)家揭示光照影響血糖代謝機制

薛天團隊發(fā)現(xiàn)光通過激活視網(wǎng)膜上特殊的感光細胞，經(jīng)視神經(jīng)至下丘腦和延髓的系列神經(jīng)核團傳遞信號，最終通過交感神經(jīng)作用于外周的棕色脂肪組織，從而壓抑了機體的血糖代謝能力。

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)營養(yǎng)物質(zhì)的代謝平衡。哺乳動物已經(jīng)進化出了精確和復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，用于持續(xù)動態(tài)調(diào)控血糖代謝。大量公共衛(wèi)生調(diào)查顯示，夜間過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。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胞、何種神經(jīng)環(huán)路以及外周靶器官，這些問題一直沒有得到解答。

近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部薛天教授團隊在《細胞》雜志在線發(fā)表了一項研究成果。他們發(fā)現(xiàn)光通過激活視網(wǎng)膜上特殊的感光細胞，經(jīng)視神經(jīng)至下丘腦和延髓的系列神經(jīng)核團傳遞信號，最終通過交感神經(jīng)作用于外周的棕色脂肪組織，直接壓抑了機體的血糖代謝能力。

該團隊首先對小鼠和人執(zhí)行葡萄糖耐受性檢測，發(fā)現(xiàn)數(shù)個小時的光暴露顯著降低了人和小鼠的血糖耐受性。哺乳動物光感受主要依賴于視網(wǎng)膜上的三類感光細胞。除了視錐和視桿細胞介導(dǎo)圖像視覺感知外，光也能直接激活視網(wǎng)膜上的第三類感光細胞——視網(wǎng)膜自感光神經(jīng)節(jié)細胞（ipRGC），它依靠自身表達的視黑素對波長靠近480納米的短波長藍光敏感。ipRGC支配諸多下游腦區(qū)進而調(diào)控，如瞳孔對光反射、晝夜節(jié)律、睡眠和情緒認知功能。光降低血糖耐受性通過何種感光細胞介導(dǎo)？通過基因工程手段，該團隊逐一“敲除”了以上三類感光細胞的感光能力，發(fā)現(xiàn)光誘發(fā)血糖不耐受由ipRGC獨立介導(dǎo)。

接著，該團隊探究了小鼠視網(wǎng)膜至腦內(nèi)的哪些核團參與了光調(diào)控血糖代謝這一生理過程。下丘腦是調(diào)控機體代謝的重要區(qū)域，其中ipRGC對下丘腦視交叉上核（ SCN）核團和視上核（SON）核團發(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影響SCN核團，造成小鼠生物鐘節(jié)律失調(diào)，進而間接影響其血糖的代謝功能。該團隊分別損毀或利用化學(xué)遺傳手段操控接受ipRGC投射的SCN核團和SON核團，發(fā)現(xiàn)光急性降低血糖耐受性這一過程獨立于生物鐘節(jié)律系統(tǒng)，而由ipRGC投射至SON核團的神經(jīng)環(huán)路直接介導(dǎo)。

光是依靠影響外周血糖代謝器官來影響血糖代謝的。換句話說，該團隊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)。研究人員同時也觀察到光能顯著壓抑棕色脂肪組織的溫度。

該團隊確定了光降低血糖耐受性正是通過壓抑棕色脂肪組織產(chǎn)熱，進而減少該組織對葡萄糖的利用實現(xiàn)的。

小鼠晝伏夜出，作息時間與人相反。人體的血糖代謝能力是否也受光的調(diào)節(jié)呢？該團隊分別使用ipRCC敏感的藍光與ipRGC不敏感的紅光，測試人在不同波長光照射下的血糖耐受性。結(jié)果顯示，只有在藍光的照射下，人的血糖耐受性顯著下降。該團隊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）進行了測試，結(jié)果顯示光不再壓抑血糖耐受性。上述實驗提示，光可以降低人的血糖耐受性，而且其機制很可能與小鼠相同，即光也被人的ipRGC感知并且通過人的棕色脂肪組織介導(dǎo)。

這項光調(diào)節(jié)血糖代謝的機制研究，提示現(xiàn)代人應(yīng)該關(guān)注光線環(huán)境對健康的影響，針對夜間光污染造成的罹患代謝疾病風(fēng)險的提高，人們應(yīng)考慮生活環(huán)境中夜間人造光線的波長、強度以及人在其中的暴露時長。

（來源：科技日報）