抑制食物攝入，BNC2神經(jīng)元能幫忙
肥胖與過(guò)度的脂肪堆積離不開(kāi)關(guān)系。但在健康狀態(tài)下脂肪組織原本是幫助個(gè)體抑制食欲的主力。一種來(lái)源于脂肪組織的激素——瘦素，通過(guò)調(diào)節(jié)控制食欲和代謝的特定神經(jīng)群的活動(dòng)來(lái)維持對(duì)脂肪組織質(zhì)量的穩(wěn)態(tài)控制。許多肥胖個(gè)體幾乎對(duì)瘦素失去了敏感性，因此無(wú)法響應(yīng)脂肪組織發(fā)出的信號(hào)。而充分了解瘦素相關(guān)的神經(jīng)機(jī)制，將有望在未來(lái)帶來(lái)更多的肥胖治療靶點(diǎn)。
瘦素通過(guò)作用于大腦中表達(dá)瘦素受體（leptin receptor，LepR）的神經(jīng)元來(lái)調(diào)節(jié)體內(nèi)平衡。LepR神經(jīng)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(jīng)元和POMC（Pro-opiomelanocortin）神經(jīng)元。瘦素通過(guò)抑制促進(jìn)食欲的AGRP神經(jīng)元和激活厭食性POMC神經(jīng)元來(lái)調(diào)節(jié)食物攝入（見(jiàn)圖1）。然而，很多研究表明POMC神經(jīng)元在瘦素信號(hào)調(diào)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(diào)節(jié)的神經(jīng)群，能迅速抑制食欲。
圖1. 瘦素對(duì)AGRP神經(jīng)元和POMC神經(jīng)元的調(diào)節(jié)
（圖片來(lái)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(xué)的研究團(tuán)隊(duì)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(jīng)元群，這些神經(jīng)元在弓狀核中表達(dá)Bnc2（basonuclin 2），通過(guò)直接抑制AGRP神經(jīng)元來(lái)急性抑制食欲。BNC2神經(jīng)元的活性受瘦素、營(yíng)養(yǎng)狀況等的調(diào)節(jié)。在BNC2神經(jīng)元中敲除LepR會(huì)導(dǎo)致明顯的食欲亢進(jìn)和肥胖，類似于AGRP神經(jīng)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(jīng)元和POMC神經(jīng)元的區(qū)域，通過(guò)snRNA測(cè)序（Single-nucleus RNA sequencing）、流式細(xì)胞術(shù)等篩選表達(dá)Lepr的細(xì)胞，這些細(xì)胞中就有一些表達(dá)了Agrp或Pomc。研究者發(fā)現(xiàn)有一小簇細(xì)胞高表達(dá)Bnc2。盡管BNC2細(xì)胞群的數(shù)量少于AGRP和POMC細(xì)胞群，但BNC2細(xì)胞群的LepR表達(dá)水平顯著高于POMC細(xì)胞群，與AGRP細(xì)胞群相當(dāng)。后通過(guò)成年小鼠下丘腦的多重原位雜交（ISH）證實(shí)了Lepr和Bnc2的共表達(dá)。而人下丘腦中，82.1%的Lepr/Bnc2神經(jīng)元不與Agrp或Pomc共定位。（見(jiàn)圖2）
圖2. 鑒定ARC中新的表達(dá)LepR的神經(jīng)元
（圖片來(lái)源于《Nature》雜志）
為了進(jìn)一步研究ARC中BNC2神經(jīng)元的動(dòng)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(xì)胞系（簡(jiǎn)稱BNC2-Cre）。通過(guò)在成年BNC2-Cre小鼠的ARC中注射帶有Cre依賴性mCherry的腺相關(guān)病毒（adeno-associated virus，AAV），驗(yàn)證了在ARC中BNC2神經(jīng)元中Cre的異位表達(dá)。通過(guò)瘦素處理后pSTAT3的免疫染色證實(shí)了BNC2神經(jīng)元中的瘦素信號(hào)傳導(dǎo)。瘦素與LepR結(jié)合激活JAK2（Janus酪氨酸激酶2），導(dǎo)致STAT3磷酸化，這是瘦素激活的典型標(biāo)志物。禁食一夜后重新喂食小鼠也導(dǎo)致了BNC2神經(jīng)元中pSTAT3含量顯著增加。在禁食狀態(tài)下，BNC2神經(jīng)元的活性較低，而在進(jìn)食誘導(dǎo)或瘦素刺激下活性顯著增強(qiáng)。結(jié)果表明BNC2神經(jīng)元對(duì)瘦素及進(jìn)食信號(hào)高度敏感。（見(jiàn)圖3）
圖3. 通過(guò)喂食激活BNC2神經(jīng)元
（圖片來(lái)源于《Nature》雜志）
接下來(lái)，研究者利用化學(xué)遺傳學(xué)和光遺傳學(xué)評(píng)估了BNC2神經(jīng)元的功能。將表達(dá)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(jīng)元。與對(duì)照組小鼠相比，在黑暗周期開(kāi)始時(shí)激活BNC2神經(jīng)元導(dǎo)致食物攝入量和體重顯著減少。相比之下，在光照周期內(nèi)抑制BNC2神經(jīng)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(jīng)元20分鐘，導(dǎo)致禁食過(guò)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(jiàn)圖4）
圖4. 由BNC2神經(jīng)元驅(qū)動(dòng)的快速和持續(xù)的飽腹感
（圖片來(lái)源于《Nature》雜志）
研究者還發(fā)現(xiàn)激活BNC2神經(jīng)元會(huì)抑制AGRP/NPY（Neuropeptide Y，神經(jīng)肽Y）神經(jīng)元活性，如此進(jìn)一步讓食欲大減。AGRP是由AGRP/NPY神經(jīng)元在大腦中產(chǎn)生的神經(jīng)肽。它僅在位于ARC的含有NPY的細(xì)胞體中合成，AGRP與NPY共表達(dá)。該研究表明BNC2神經(jīng)元是通過(guò)GABAA受體直接抑制的AGRP/NPY神經(jīng)元，而AGRP/NPY神經(jīng)元激活不改變BNC2神經(jīng)元的活性。禁食過(guò)夜再攝食后抑制AGRP/NPY神經(jīng)元的部分感覺(jué)輸入是由BNC2神經(jīng)元傳遞的。（見(jiàn)圖5）
圖5. BNC2神經(jīng)元抑制AGRP/NPY神經(jīng)元
（圖片來(lái)源于《Nature》雜志）
接著，研究者通過(guò)CRISPR-Cas9基因組編輯技術(shù)敲除了BNC2神經(jīng)元中的LepR，發(fā)現(xiàn)瘦素不再增加pSTAT3的量，從而證實(shí)了Lepr基因的特異性缺失。與此同時(shí)，跟對(duì)照組相比，BNC2神經(jīng)元中LepR敲除的雄性和雌性小鼠體重、脂肪質(zhì)量、每日食物攝入量都顯著增加。研究者進(jìn)一步評(píng)估了BNC2神經(jīng)元在介導(dǎo)瘦素信號(hào)傳導(dǎo)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(duì)照組小鼠消耗的食物明顯更多。消融ARC中的BNC2神經(jīng)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(jīng)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(duì)胰島素的反應(yīng)顯著降低。激活BNC2神經(jīng)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(jīng)元可以急性調(diào)節(jié)外周葡萄糖穩(wěn)態(tài)。（見(jiàn)圖6）
圖6. 在BNC2神經(jīng)元中敲除LepR會(huì)導(dǎo)致肥胖
（圖片來(lái)源于《Nature》雜志）
綜上，表達(dá)BNC2的神經(jīng)元是維持能量平衡的神經(jīng)回路的關(guān)鍵組成部分，該研究填補(bǔ)了對(duì)食物攝入和瘦素作用調(diào)控的神經(jīng)機(jī)制的一大空白，為調(diào)節(jié)食欲、幫助減肥、研究代謝相關(guān)疾病帶來(lái)了新的靶點(diǎn)和新的策略，具有廣泛的臨床應(yīng)用前景。
云克隆開(kāi)發(fā)了與該研究相關(guān)的靶標(biāo)產(chǎn)品，部分指標(biāo)節(jié)選如下：
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