為10年前的《Neuron》文章 「翻案」，CRISPR助力發《Nature》

20多年前，諾獎潛力股「瘦素」的發現改變了肥胖研究，然而，瘦素的作用機制至今仍是一個謎。科學家們看到現象：白色脂肪細胞分泌瘦素，促進人類等許多動物的大腦生成抑制食慾的飽腹信號，從而穩定體重和血糖。

瘦素及其受體功能失調會令動物產生貪食和極端暴飲暴食、肥胖和II型糖尿病等癥狀。然而，瘦素補充劑對這些癥狀通常無效。由於未知原因，大多數肥胖人群是瘦素抵抗的，儘管相關研究很多，瘦素的臨床應用仍然有限。

「許多神經元類型都表達瘦素受體，但是還未發現任何一種起主要作用，神經元細胞群中是否存在這類特定細胞還有爭議。在沒有識別到瘦素作用的真正靶標之前，很難研究其主導迴路，更無法有效地檢驗任何假說，」文章通訊作者、醫學院神經科學助理教授Dong Kong博士說。「希望我們的研究策略和遺傳學工具能激勵其他神經生物學和代謝研究領域的研究人員。」

公然違抗主流觀點

為了尋找瘦素在大腦中的靶點，Kong和他的團隊從經常被人忽視的瘦素為什麼能通過胰島素獨立的方式糾正I型糖尿病從而繞過瘦素敏感性的問題入手，他們使用鏈脲佐菌素（streptozotocin，STZ）破壞胰腺β細胞，停止胰島素和瘦素生產，誘導非肥胖成年小鼠糖尿病，然後大範圍地映射神經元腦活動。

「我們發現，這些小鼠的下丘腦AgRP神經元異常活躍，我們懷疑這是因STZ誘導的瘦素缺乏引起。更令人興奮的是，我們用瘦素真的抑制了AgRP神經元，然後迅速扭轉了糖尿病，」文章共同一作、研究生院生物醫學科學專業神經科學項目博士研究生Christopher Bartolome說。

事實上，早期研究瘦素的工作者曾經提出過AgRP和POMC神經元是瘦素的直接靶標的想法【Neuron 42, 983–991 (2004)；Neuron 71, 142–154 (2011)】。採用Cre-LoxP基因編輯系統刪除AgRP神經元的瘦素受體未能製造出肥胖或糖尿病小鼠，於是，大多數科學家拋棄了這個觀點。Kong和他的團隊猜想，如果小鼠一出生就患有慢性肥胖或糖尿病的話，很難說明瘦素的工作機制。

於是，為了重拾這個非主流觀點，他們啟用了新型CRISPR基因編輯技術，用腺相關病毒攜帶引導RNAs定點缺失了年輕成年小鼠AgRP神經元的瘦素受體。

CRISPR技術是這篇文章的關鍵，因為在發育階段，AgRP神經元的易感性有時影響Cre-LoxP重組酶系統處理，感受性也許可以解釋為什麼過去的研究未能製造出預想的體重增加效果。

「我們發現缺失瘦素受體的AgRP神經元明顯誘導了小鼠肥胖和糖尿病，提示它們在很大程度上起著抗肥胖和抗糖尿病的作用，這表明AgRP神經元是瘦素介導大腦行為的主要場所，」Kong說。

瘦素抑制AgRP神經元前、後突觸

文章不僅描述了針對肥胖和糖尿病治療的一個主要靶點，同時也發現了瘦素抑制這些神經元的兩種不同機制：一是突觸前機制，受AgRP神經元支配的GABA介導了瘦素的攝食急性效應；二是突觸後機制，對ATP敏感的鉀離子通道對瘦素作用於AgRP神經元調節能量平衡、血糖和攝食起作用。

「這些發現也很重要，充分理解瘦素效應的神經基礎有助於理解造成肥胖和瘦素抵抗的原因，」文章共同一作、博後研究學者Jie Xu博士說。

原文標題

Genetic identification of leptin neural circuits in energy and glucose homeostases

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