科学家揭示光照影响血糖代谢机制

  薛天团队发现光通过激活视网膜上特殊的感光细胞，经视神经至下丘脑和延髓的系列神经核团传递信号，最终通过交感神经作用于外周的棕色脂肪组织，从而压抑了机体的血糖代谢能力。

  生命体要生存就必须要根据外界环境条件控制体内营养物质的代谢平衡哺乳动物已经进化出了精确和复杂的调控网络用于持续动态调控血糖代谢。大量公共卫生调查显示夜间过多光源暴露显著增加肥胖和糖尿病等代谢疾病的患病风险。而作为最重要的外部环境因素，光是否直接调控血糖代谢？其中涉及哪类感光细胞、何种神经环路以及外周靶器官，这些问题一直没有得到解答。

  近日，中国科学技术大学生命科学与医学部薛天教授团队在《细胞》杂志在线发表了一项研究成果。他们发现光通过激活视网膜上特殊的感光细胞，经视神经至下丘脑和延髓的系列神经核团传递信号，最终通过交感神经作用于外周的棕色脂肪组织，直接压抑了机体的血糖代谢能力。

  视网膜自感光神经节细胞是“信号发生器”

  该团队首先对小鼠和人执行葡萄糖耐受性检测，发现数个小时的光暴露显著降低了人和小鼠的血糖耐受性。哺乳动物光感受主要依赖于视网膜上的三类感光细胞。除了视锥和视杆细胞介导图像视觉感知外，光也能直接激活视网膜上的第三类感光细胞——视网膜自感光神经节细胞（ipRGC），它依靠自身表达的视黑素对波长靠近480纳米的短波长蓝光敏感。ipRGC支配诸多下游脑区进而调控如瞳孔对光反射、昼夜节律、睡眠和情绪认知功能。光降低血糖耐受性通过何种感光细胞介导？通过基因工程手段，该团队逐一“敲除”了以上三类感光细胞的感光能力，发现光诱发血糖不耐受由ipRGC独立介导。

  紧接着，该团队探究了小鼠视网膜至脑内的哪些核团参与了光调控血糖代谢这一生理过程。下丘脑是调控机体代谢的重要区域，其中ipRGC对下丘脑视交叉上核（SCN）核团和视上核（SON）核团发出密集的神经纤维。已知数周的异常光照模式能够通过影响SCN核团，造成小鼠生物钟节律失调，进而间接影响其血糖的代谢功能。该团队分别损毁或利用化学遗传手段操控接受ipRGC投射的SCN核团和SON核团，发现光急性降低血糖耐受性这一过程独立于生物钟节律系统，而由ipRGC投射至SON核团的神经环路直接介导。

  通过影响棕色脂肪组织压抑葡萄糖代谢

  光是依靠影响外周血糖代谢器官来影响血糖代谢的。换句话说，该团队还得找到光阻止血液中的葡萄糖代谢是由什么器官介导的。他们最终将目光锁定在血糖“消耗大户”——棕色脂肪组织上。

  棕色脂肪组织主要分布在肩胛间区、腋窝及颈后部，它的重要作用之一是燃烧葡萄糖或脂肪，直接产热以维持体温稳态。研究人员同时也观察到光能显著压抑棕色脂肪组织的温度。

  该团队确定了光降低血糖耐受性正是通过压抑棕色脂肪组织产热，进而减少该组织对葡萄糖的利用实现的。

  小鼠昼伏夜出，作息时间与人相反。人体的血糖代谢能力是否也受光的调节呢？该团队分别使用ipRGC敏感的蓝光与ipRGC不敏感的红光，测试人在不同波长光照射下的血糖耐受性。结果显示，只有在蓝光的照射下，人的血糖耐受性显著下降。该团队使被试者处于热中性温度环境下（热中性温度下棕色脂肪组织活性被压抑）进行了测试，结果显示光不再压抑血糖耐受性。上述实验提示，光可以降低人的血糖耐受性，而且其机制很可能与小鼠相同，即光也被人的ipRGC感知并且通过人的棕色脂肪组织介导。

  这项光调节血糖代谢的机制研究，提示现代人应该关注光线环境对健康的影响，针对夜间光污染造成的罹患代谢疾病风险的提高，人们应考虑生活环境中夜间人造光线的波长、强度以及人在其中的暴露时长。