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大脑能调节身体缓解糖尿病,它是如何做到的呢?

在患有2型糖尿病的啮齿类动物中,注射一种名为成纤维细胞生长因子1的蛋白质,可以使血糖水平在数周或数月内恢复正常。然而,这种生长因子是如何在大脑中产生这种持久的益处的,还不太清楚。

华盛顿大学医学院医学教授、威斯康星州医学院糖尿病研究所联合主任Michael Schwartz博士说:“直到最近,大脑使糖尿病动物血糖水平正常化的能力还没有得到承认。通过研究成纤维细胞生长因子1这种脑肽在下丘脑诱导的细胞和分子反应,我们的国际研究小组的新发现为更全面地理解这一效应是如何实现的提供了一条途径。”

在9月7日出版的《Nature Communications》和《Nature Metabolism》的两篇论文中,国际研究小组描述了大脑对成纤维细胞生长因子1的反应的复杂生物学。一个研究小组描述了强有力的细胞反应,这些反应似乎能保护大脑信号通路,对控制血糖至关重要。“这些见解,”他说,“也许有一天会为诱导糖尿病持续缓解提供治疗策略,而不是像目前的治疗方法那样简单地每天降低血糖水平。”

2型糖尿病影响10%的美国人口,它与肥胖密切相关,并导致严重的健康问题,包括心脏病、视力下降、肾功能衰竭、痴呆、难以治愈的感染和神经损伤。这也增加了截肢的风险。控制血糖水平可以预防这些问题,但往往很难实现,并成为许多患者的一项终身斗争。

另一个研究小组发现了细胞外基质的集合,称为“周围神经网络”,它将参与血糖控制的神经元群连接起来。研究人员了解到,成纤维细胞生长因子1可以修复糖尿病损伤的神经网络。这种反应是维持糖尿病缓解所必需的。

丹麦哥本哈根大学诺和诺德基金会基础代谢研究中心的Tunes Pers博士和西雅图大学医学院的糖尿病和肥胖研究者Michael Schwartz博士是《Nature Communications》这篇文章的通讯作者,文章的主要作者是Marie Bentsen博士和Dylan Rausch博士。

他们首先详细描述了成纤维细胞生长因子1治疗引起的下丘脑不同脑细胞类型的基因表达变化。下丘脑调节许多身体功能,包括血糖水平、饥饿感、食物摄入、能量使用和储存。

科学家们发现,神经胶质细胞不仅提供结构支持,而且有助于组织和调节神经回路的活动,它们的反应比神经元更强烈。

研究人员还观察到,星形胶质细胞和Agrp神经元之间的相互作用增强。星形胶质细胞滋养神经元并支持其电传递。Agrp神经元是黑皮质素信号系统的重要组成部分,黑皮质素是控制摄食、体重和血糖的重要脑回路。

Agrp神经元的过度激活会抑制黑皮质素信号传导。这种影响与人和啮齿动物的糖尿病发展有关。研究人员指出,在将成纤维细胞生长因子1注入大脑后,禁止黑皮质素信号传导可防止糖尿病持续缓解。

在对成纤维细胞生长因子1有强烈反应的其他细胞类型中,只有在下丘脑中发现的纤长的营养敏感胶质细胞。它们对血糖水平正常化的贡献还需要进一步的研究。

发表在《Nature Metabolism》杂志上的论文研究了在成纤维细胞生长因子1诱导糖尿病缓解的机制中“先前未被承认的参与者”的结构——神经周围网,在下丘脑中包裹血糖调节神经元,包括Agrp神经元。这篇论文的主要作者是西弗吉尼亚大学医学院的医学代理讲师Kim Alonge,作迈Michael Schwartz是通讯作者。

神经周围网通过将神经元包裹起来并将它们之间的连接围成一圈来促进神经回路的稳定性。研究人员想知道肥胖相关的糖尿病是否与这些神经周围网络的结构变化有关,以及这些是否可以治疗。


研究小组注意到,在2型糖尿病的Zucker糖尿病肥胖大鼠模型中,与血糖水平正常的大鼠相比,下丘脑中的这些网是稀少的,然而在大脑的其他部分,这些网是正常的。

向大脑注射成纤维细胞生长因子1后,这种神经周围网的丢失迅速逆转。成纤维细胞生长因子1改善糖尿病的能力会被酶消化去除的网状物所阻碍。相反,成纤维细胞生长因子1不需要完整的神经周围网来影响食物摄取。

这些发现确定了周围神经网络是成纤维细胞生长因子1作用诱导的持续糖尿病缓解的关键靶点。研究人员推测这些网络可能有助于抑制Agrp神经元的活动,从而激发黑皮质素信号。

研究人员计划继续尝试填补细胞(和细胞外)对成纤维细胞生长因子1的反应与血糖水平正常化之间的空白。他们希望,这可能最终发现新的策略,以实现糖尿病患者的持续缓解。

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