低血糖可能危及生命，对于依靠胰岛素治疗来防止血糖过高的1型糖尿病患者而言尤其如此。找到解决该问题的方法则需要更好地了解保持血糖平衡的基本机制。最近，由贝勒医学院儿科营养学和分子与细胞生物学Yong Xu博士领导的研究人员确定了大脑中一组独特的葡萄糖敏感神经元，以及它们如何协同工作预防小鼠严重的低血糖症的发生。他们的结果发表在《nature communications》杂志上。
葡萄糖感应神经元存在于多个大脑区域。 Xu博士和他的同事研究了位于小脑丘脑下丘脑核（vlVMH）的小腹区域的神经元。研究人员发现，鼠脑vlVMH核中的神经元具有独特的特征。首先，Xu和他的同事感到惊讶的是，尽管在其他VMH亚群中，仅仅约有一半的神经元是葡萄糖敏感的，但在腹侧区域中，所有的雌激素受体-α神经元都是葡萄糖敏感的。 “这个事实使得这组神经元非常独特。”他们还发现，尽管该区域中的所有神经元都能够感知葡萄糖，但它们对葡萄糖水平变化的反应并不相同。大约一半的神经元是“葡萄糖激发的”-当他们感觉到高葡萄糖水平时，其活性会增加，而当葡萄糖水平低时，其活性会降低。相反，另一半神经元则被葡萄糖抑制：当葡萄糖高时，它们会降低活化水平，而当葡萄糖低时，它们会增加活化水平。“我们想知道为什么这些神经元以相同的方式对相同的葡萄糖挑战做出反应，” Xu说。
研究人员结合了基因分析，药理学，电生理学和CRISPR基因编辑方法来研究这个问题。他们研究了每种葡萄糖感应神经元用来响应葡萄糖水平的离子通道。这些通道控制离子（带电原子或分子）进出神经元的过程，这对调节神经元的激发活动至关重要。
研究人员发现，葡萄糖激发的神经元亚群使用KATP离子通道，但是葡萄糖抑制的神经元亚群使用另一个称为Ano4的离子通道。“ KATP离子通道在我们的领域中众所周知，但是Ano4离子通道在葡萄糖感测中的作用尚未见报道。我们已经发现了一个新的离子通道，它对葡萄糖抑制的神经元很重要。”
此外，Xu及其同事还确定了葡萄糖激发和葡萄糖抑制的神经元对低血糖水平作出反应时所涉及的神经元回路。他们发现葡萄糖激发的神经元将神经元连接投射到大脑区域，该区域不同于葡萄糖抑制神经元到达的区域。
研究人员利用光遗传学，遗传修饰和光的结合来激活特定的神经元回路，在小鼠中发现，当葡萄糖抑制的神经元对低葡萄糖水平作出反应时，它们会激活特定的回路，结果导致血糖升高。
另一方面，当葡萄糖激发的神经元对低血糖作出反应时，它们抑制了不同的回路，但结果也导致血糖水平升高。“当小鼠体内血糖水平下降时，这两个回路的调节方式相反，一个兴奋，而另一个被抑制，但结果相同，使血糖达到正常水平。” Xu说。 “这形成了一个完善的反馈系统来调节血糖水平。”
有趣的是，这一重要组中的所有神经元都表达雌激素受体-α。将来，Xu及其同事希望研究雌激素是否在葡萄糖敏感过程中发挥作用，以及这些神经元对葡萄糖平衡的功能是否存在性别差异。 |
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