科學家揭示光照影響血糖代謝機制
吳長鋒
薛天團隊發現光通過激活視網膜上特殊的感光細胞，經視神經至下丘腦和延髓的系列神經核團傳遞信號，最終通過交感神經作用于外周的棕色脂肪組織，從而壓抑了機體的血糖代謝能力。
生命體要生存就必須要根據外界環境條件控制體內營養物質的代謝平衡哺乳動物已經進化出了精確和復雜的調控網絡用于持續動態調控血糖代謝。大量公共衛生調查顯示夜間過多光源暴露顯著增加肥胖和糖尿病等代謝疾病的患病風險。而作為最重要的外部環境因素，光是否直接調控血糖代謝？其中涉及哪類感光細胞、何種神經環路以及外周靶器官，這些問題一直沒有得到解答。
近日，中國科學技術大學生命科學與醫學部薛天教授團隊在《細胞》雜志在線發表了一項研究成果。他們發現光通過激活視網膜上特殊的感光細胞，經視神經至下丘腦和延髓的系列神經核團傳遞信號，最終通過交感神經作用于外周的棕色脂肪組織，直接壓抑了機體的血糖代謝能力。
視網膜自感光神經節細胞是“信號發生器”
該團隊首先對小鼠和人執行葡萄糖耐受性檢測，發現數個小時的光暴露顯著降低了人和小鼠的血糖耐受性。哺乳動物光感受主要依賴于視網膜上的三類感光細胞。除了視錐和視桿細胞介導圖像視覺感知外，光也能直接激活視網膜上的第三類感光細胞——視網膜自感光神經節細胞（ipRGC），它依靠自身表達的視黑素對波長靠近480納米的短波長藍光敏感。ipRGC支配諸多下游腦區進而調控如瞳孔對光反射、晝夜節律、睡眠和情緒認知功能。光降低血糖耐受性通過何種感光細胞介導？通過基因工程手段，該團隊逐一“敲除”了以上三類感光細胞的感光能力，發現光誘發血糖不耐受由ipRGC獨立介導。
緊接著，該團隊探究了小鼠視網膜至腦內的哪些核團參與了光調控血糖代謝這一生理過程。下丘腦是調控機體代謝的重要區域，其中ipRGC對下丘腦視交叉上核（SCN）核團和視上核（SON）核團發出密集的神經纖維。已知數周的異常光照模式能夠通過影響SCN核團，造成小鼠生物鐘節律失調，進而間接影響其血糖的代謝功能。該團隊分別損毀或利用化學遺傳手段操控接受ipRGC投射的SCN核團和SON核團，發現光急性降低血糖耐受性這一過程獨立于生物鐘節律系統，而由ipRGC投射至SON核團的神經環路直接介導。
通過影響棕色脂肪組織壓抑葡萄糖代謝
光是依靠影響外周血糖代謝器官來影響血糖代謝的。換句話說，該團隊還得找到光阻止血液中的葡萄糖代謝是由什么器官介導的。他們最終將目光鎖定在血糖“消耗大戶”——棕色脂肪組織上。
棕色脂肪組織主要分布在肩胛間區、腋窩及頸后部，它的重要作用之一是燃燒葡萄糖或脂肪，直接產熱以維持體溫穩態。研究人員同時也觀察到光能顯著壓抑棕色脂肪組織的溫度。
該團隊確定了光降低血糖耐受性正是通過壓抑棕色脂肪組織產熱，進而減少該組織對葡萄糖的利用實現的。
小鼠晝伏夜出，作息時間與人相反。人體的血糖代謝能力是否也受光的調節呢？該團隊分別使用ipRGC敏感的藍光與ipRGC不敏感的紅光，測試人在不同波長光照射下的血糖耐受性。結果顯示，只有在藍光的照射下，人的血糖耐受性顯著下降。該團隊使被試者處于熱中性溫度環境下（熱中性溫度下棕色脂肪組織活性被壓抑）進行了測試，結果顯示光不再壓抑血糖耐受性。上述實驗提示，光可以降低人的血糖耐受性，而且其機制很可能與小鼠相同，即光也被人的ipRGC感知并且通過人的棕色脂肪組織介導。
這項光調節血糖代謝的機制研究，提示現代人應該關注光線環境對健康的影響，針對夜間光污染造成的罹患代謝疾病風險的提高，人們應考慮生活環境中夜間人造光線的波長、強度以及人在其中的暴露時長。
