“馋嘴克星”瘦素进入下丘脑的“看门”细胞被鉴定

撰文 | Qi

脂肪细胞源性的激素瘦素是人体脂肪质量的重要调节因子，主要通过靶向下丘脑摄食中心的瘦素受体表达（leptin receptor, LepR）神经元对食欲和代谢发挥调节作用【1】。然而，LepR神经元检测循环瘦素的确切位置和机制尚不清楚。之前的研究表明中枢能量平衡控制主要依赖于投射到正中隆起（median eminence, ME）的表达LepR的神经元，ME作为一个血脑屏障（blood-brain barrier, BBB）结构，位于弓状核（ArcN）的腹侧，而弓状核正是一个关键的下丘脑能量平衡控制中心【2】。虽然ArcN-LepR神经元是脂肪质量控制的核心，但在下丘脑中叶（mediobasal hypothalamus, MBH）的其他部位也发现了大量表达LepR的神经元，关于这些神经元如何接触到循环中瘦素的机制还不清楚。

近日，来自加拿大麦吉尔大学的Maia V. Kokoeva团队在Cell Metabolism杂志上发表了一篇题为 Leptin receptor-expressing pericytes mediate access of hypothalamic feeding centers to circulating leptin 的文章，在这项研究中，作者利用荧光报告小鼠结合活体成像，意外地发现MBH中的一群表达LepR的周细胞，充当瘦素进入MBH的“看门人”，通过介导血管通透性，使得MBH的LepR神经元能够接触到循环中的瘦素，从而促进瘦素在大脑中的摄取。

为了深入了解活体MBH内的LepR阳性细胞状态，作者在LepR Cre x tdTomato小鼠中采用了基于高分辨率梯度指数（GRIN）透镜的成像策略，令人惊讶的是，在注射荧光素葡聚糖标记脉管系统后，作者不仅检测到神经元胞体型报告信号，而且还检测到与血管紧密相关的强荧光。作者进一步通过针对细胞类型标记的抗体对LepR-Cre x-GFP小鼠的下丘脑切片进行免疫染色以确定上述除了神经元之外的LepR阳性细胞为周细胞（pericytes）。

那么这群LepR+周细胞也发挥和LepR+神经元一样的作用吗？为了解决这个问题，作者首先检测了瘦素信号通路的典型下游组分STAT3的磷酸化激活，有趣的是，只有LepR+神经元显示出pSTAT3的诱导。接着作者想知道，MBH中的大量LepR+周细胞是否参与能量平衡？作者生成周细胞特异性LepR敲除小鼠（下文简称为PLRKO小鼠）后，发现PLRKO小鼠的摄食量、脂肪量以及体重都明显增加，虽然ArcN内的pSTAT3诱导没有变化，但ArcN外LepR神经元的反应减弱，这一发现支持了LepR+周细胞可能作为MBH-LepR神经元循环瘦素的中间来源的观点。

考虑到周细胞控制血脑屏障紧密性的功能，那么LepR+周细胞是否在瘦素通过血脑屏障的转运中发挥作用呢？为此，作者分别通过静脉注射FITC标记的瘦素多肽或分子量接近瘦素的荧光葡聚糖，结果显示LepR+周细胞可能会促进更普遍的 BBB 通透性，而这种通透性对瘦素没有选择性，进一步通过超微结构观察可以发现这种增强的通透性可以促进瘦素通过MBH的BBB转移，而LepR+周细胞正参与了这一过程。

为了进一步阐明LepR+周细胞的分子特征，作者比较了LepR+周细胞和LepR-周细胞的转录组。作者发现，Rapgef4（即EPAC2）在富集于LepR+周细胞中的基因中排名较高，且先前研究已经证明EPAC2连同其异构体EPAC1可影响BBB通透性。有趣的是，两者以截然相反的方式影响瘦素信号和能量稳态，即EPAC1缺失导致小鼠的消瘦表型，而EPAC2缺失小鼠表现为肥胖表型。基于此，作者假设：1）通过激活EPAC1信号可降低血脑屏障通透性，从而降低瘦素信号，进而导致食物摄入增加；2）激活EPAC2信号则相反地增加血脑屏障通透性，导致瘦素敏感性增加和食物摄入减少。为了验证此假设，作者分别给予小鼠两种受体激动剂及瘦素，并检测给药后小鼠摄食量和MBH的LepR+神经元中pSTAT3的诱导水平，证明了EPAC激动剂通过直接作用于周细胞，导致BBB通透性的改变，进而影响食物摄入。

上述结果中已经提到与LepR神经元相反，LepR周细胞对leptin缺乏pSTAT3反应，为了更详细的描述LepR在周细胞中的作用，作者构建了LepR Cre x GCaMP6小鼠，该小鼠在LepR+细胞中选择性表达基于GFP的钙传感器GCaMP6s。对这些小鼠进行急性冠状脑灌流切片，当使用含瘦素的灌注液时，靠近血管的区域在传感器荧光中产生持久的强直性增强，且这些钙信号来自于LepR+周细胞，而细胞内钙的变化正与周细胞/血管平滑肌细胞收缩和血管收缩呈现正相关。

总的来说，这项研究与先前的工作相结合，表明下丘脑的LepR+神经元通过至少2种机制获得循环瘦素：1）本研究提出的LepR+周细胞依赖性BBB通透性促进瘦素外渗到MBH实质，与弓状核外的LepR+神经元结合；2）通过ArcN-LepR神经元过程直接通过BBB感应瘦素。根据这些发现，未来可以继续探究这些周细胞是否以及如何导致与肥胖有着密切关联的神经炎症、高血压和COVID-19等。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cmet.2021.05.017

制版人：十一

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