抑制食物攝入，BNC2神經元能幫忙
肥胖與過度的脂肪堆積離不開關系。但在健康狀態(tài)下脂肪組織原本是幫助個體抑制食欲的主力。一種來源于脂肪組織的激素——瘦素，通過調節(jié)控制食欲和代謝的特定神經群的活動來維持對脂肪組織質量的穩(wěn)態(tài)控制。許多肥胖個體幾乎對瘦素失去了敏感性，因此無法響應脂肪組織發(fā)出的信號。而充分了解瘦素相關的神經機制，將有望在未來帶來更多的肥胖治療靶點。
瘦素通過作用于大腦中表達瘦素受體（leptin receptor，LepR）的神經元來調節(jié)體內平衡。LepR神經元主要集中于下丘腦弓狀核（Arcuate nucleus of the hypothalamus，ARC），其中最著名的兩類是AGRP（Agouti Related Protein）神經元和POMC（Pro-opiomelanocortin）神經元。瘦素通過抑制促進食欲的AGRP神經元和激活厭食性POMC神經元來調節(jié)食物攝入（見圖1）。然而，很多研究表明POMC神經元在瘦素信號調節(jié)中的作用有限。所以，很有可能存在一種迄今為止尚未發(fā)現(xiàn)的由瘦素調節(jié)的神經群，能迅速抑制食欲。
圖1. 瘦素對AGRP神經元和POMC神經元的調節(jié)
（圖片來源于文章“Developmental programming of hypothalamic neuronal circuits: impact on energy balance control”）
2024年10月30日，洛克菲勒大學的研究團隊在《Nature》期刊上發(fā)表了題為“Leptin-activated hypothalamic BNC2 neurons acutely suppress food intake”的文章，該研究發(fā)現(xiàn)了一種新的瘦素靶向神經元群，這些神經元在弓狀核中表達Bnc2（basonuclin 2），通過直接抑制AGRP神經元來急性抑制食欲。BNC2神經元的活性受瘦素、營養(yǎng)狀況等的調節(jié)。在BNC2神經元中敲除LepR會導致明顯的食欲亢進和肥胖，類似于AGRP神經元中敲除LepR所觀察到的情況。
研究者首先獲取了ARC，該區(qū)域是富集AGPR神經元和POMC神經元的區(qū)域，通過snRNA測序（Single-nucleus RNA sequencing）、流式細胞術等篩選表達Lepr的細胞，這些細胞中就有一些表達了Agrp或Pomc。研究者發(fā)現(xiàn)有一小簇細胞高表達Bnc2。盡管BNC2細胞群的數(shù)量少于AGRP和POMC細胞群，但BNC2細胞群的LepR表達水平顯著高于POMC細胞群，與AGRP細胞群相當。后通過成年小鼠下丘腦的多重原位雜交（ISH）證實了Lepr和Bnc2的共表達。而人下丘腦中，82.1%的Lepr/Bnc2神經元不與Agrp或Pomc共定位。（見圖2）
圖2. 鑒定ARC中新的表達LepR的神經元
（圖片來源于《Nature》雜志）
為了進一步研究ARC中BNC2神經元的動態(tài)和功能，研究者在BNC2蛋白的C端插入P2a-iCre融合片段，生成了BNC2- P2a-iCre敲入小鼠細胞系（簡稱BNC2-Cre）。通過在成年BNC2-Cre小鼠的ARC中注射帶有Cre依賴性mCherry的腺相關病毒（adeno-associated virus，AAV），驗證了在ARC中BNC2神經元中Cre的異位表達。通過瘦素處理后pSTAT3的免疫染色證實了BNC2神經元中的瘦素信號傳導。瘦素與LepR結合激活JAK2（Janus酪氨酸激酶2），導致STAT3磷酸化，這是瘦素激活的典型標志物。禁食一夜后重新喂食小鼠也導致了BNC2神經元中pSTAT3含量顯著增加。在禁食狀態(tài)下，BNC2神經元的活性較低，而在進食誘導或瘦素刺激下活性顯著增強。結果表明BNC2神經元對瘦素及進食信號高度敏感。（見圖3）
圖3. 通過喂食激活BNC2神經元
（圖片來源于《Nature》雜志）
接下來，研究者利用化學遺傳學和光遺傳學評估了BNC2神經元的功能。將表達cre依賴性刺激型hM3Dq 或抑制性hM4Di DREADD的AAVs注射到BNC2-Cre小鼠的ARC中。用CNO（clozapine-N-oxide，毒蕈堿DREADDs的激活劑）選擇性地激活或抑制這些神經元。與對照組小鼠相比，在黑暗周期開始時激活BNC2神經元導致食物攝入量和體重顯著減少。相比之下，在光照周期內抑制BNC2神經元顯著增加了雄性和雌性小鼠的食物消耗和體重。激活BNC2神經元20分鐘，導致禁食過夜的小鼠的食物攝入量顯著減少，并且在停止光刺激后，食物攝入量減少持續(xù)了20分鐘。（見圖4）
圖4. 由BNC2神經元驅動的快速和持續(xù)的飽腹感
（圖片來源于《Nature》雜志）
研究者還發(fā)現(xiàn)激活BNC2神經元會抑制AGRP/NPY（Neuropeptide Y，神經肽Y）神經元活性，如此進一步讓食欲大減。AGRP是由AGRP/NPY神經元在大腦中產生的神經肽。它僅在位于ARC的含有NPY的細胞體中合成，AGRP與NPY共表達。該研究表明BNC2神經元是通過GABAA受體直接抑制的AGRP/NPY神經元，而AGRP/NPY神經元激活不改變BNC2神經元的活性。禁食過夜再攝食后抑制AGRP/NPY神經元的部分感覺輸入是由BNC2神經元傳遞的。（見圖5）
圖5. BNC2神經元抑制AGRP/NPY神經元
（圖片來源于《Nature》雜志）
接著，研究者通過CRISPR-Cas9基因組編輯技術敲除了BNC2神經元中的LepR，發(fā)現(xiàn)瘦素不再增加pSTAT3的量，從而證實了Lepr基因的特異性缺失。與此同時，跟對照組相比，BNC2神經元中LepR敲除的雄性和雌性小鼠體重、脂肪質量、每日食物攝入量都顯著增加。研究者進一步評估了BNC2神經元在介導瘦素信號傳導中的作用，發(fā)現(xiàn)盡管注射瘦素顯著減少了兩組小鼠的食物攝入量，但敲除組小鼠比對照組小鼠消耗的食物明顯更多。消融ARC中的BNC2神經元后發(fā)現(xiàn)瘦素的作用顯著降低。這些數(shù)據(jù)表明，BNC2神經元中的LepR是瘦素充分發(fā)揮作用所必需的。接著研究者分析了LepR敲除后的葡萄糖穩(wěn)態(tài)，發(fā)現(xiàn)敲除組雄性小鼠空腹血糖水平升高，小鼠對胰島素的反應顯著降低。激活BNC2神經元后，小鼠的葡萄糖耐量和胰島素敏感性有所改善。這些數(shù)據(jù)表明，BNC2神經元可以急性調節(jié)外周葡萄糖穩(wěn)態(tài)。（見圖6）
圖6. 在BNC2神經元中敲除LepR會導致肥胖
（圖片來源于《Nature》雜志）
綜上，表達BNC2的神經元是維持能量平衡的神經回路的關鍵組成部分，該研究填補了對食物攝入和瘦素作用調控的神經機制的一大空白，為調節(jié)食欲、幫助減肥、研究代謝相關疾病帶來了新的靶點和新的策略，具有廣泛的臨床應用前景。
云克隆開發(fā)了與該研究相關的靶標產品，部分指標節(jié)選如下：
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