中科院生物物理所李岩组揭示中枢胰岛素信号的全新功能

责编 | 侯文茹

2024年5月24日，中国科学院生物物理研究所李岩研究组在《Cell Reports》上在线发表题为"A brain-derived insulin signal encodes protein satiety for nutrient-specific feeding inhibition"的研究论文，报道了一个表征蛋白饱腹的脑内胰岛素信号及其调控蛋白进食行为的神经机制，揭示了中枢胰岛素信号的全新功能。

胰岛素是一种进化中高度保守的激素，在生长发育、糖代谢等多种生物学过程中发挥关键作用。大脑是一个重要的胰岛素靶器官，近年来的研究显示，胰岛素信号可能代表着高营养水平而参与进食行为的调控。然而，胰岛素信号是否可以编码特定类型的营养信息，是否向特定的神经元传递信号而直接调控进食行为，这些问题还未被涉及。

李岩研究组前期工作发现，果蝇脂肪组织响应机体高蛋白水平而分泌FIT因子，从而特异性抑制后续蛋白进食，这个过程依赖于中枢神经系统的胰岛素信号。众所周知，胰岛素信号与糖代谢密切相关，它是如何介导蛋白营养信号而调控进食行为的呢？研究团队通过敲低胰岛素受体开展行为学筛选，找到了脑内胰岛素生成细胞（IPCs）的直接下游--T1多巴胺神经元。在蛋白饱食后T1神经元活性显著升高，激活T1神经元或升高其中的胰岛素信号会特异性抑制果蝇的蛋白进食，而抑制T1神经元或降低其中的胰岛素信号则会消除蛋白饱食后的进食抑制效应。有趣的是，激活IPCs会导致果蝇对蛋白和糖类的进食都下降，而同时抑制T1神经元则选择性地阻断蛋白进食下降而糖进食下降不受影响。这说明胰岛素信号能够代表多种类型营养的饱腹信息，而T1神经元特异性介导了其中的蛋白饱腹信息。通过电镜连接组、活体钙成像等方法，研究团队发现了下游的PB-LNs神经元。与T1神经元相似，抑制PB-LNs神经元也能阻断蛋白饱食后的进食抑制效应；不同的是，激活PB-LNs神经元抑制进食行为不再具有营养选择性，说明已整合了食物的营养信息。

图：脑源胰岛素信号编码蛋白饱腹信号调控进食行为的神经环路

这些研究表明，中枢神经系统中胰岛素信号可以编码高蛋白营养信息，并通过特定下游神经元参与即时和精确的行为调控。哺乳动物脑中存在着多种胰岛素和类胰岛素信号，在果蝇中的这些发现，为研究哺乳动物中枢神经系统胰岛素功能，及其对进食行为的调控机制提供了重要参考。

中国科学院生物物理研究所李岩研究员为论文的通讯作者，博士研究生李晓雨、杨扬、白晓兵为共同第一作者，研究生王筱童、谭后琪及陈彦博博士也做出了重要贡献。生物物理所朱岩研究员、霍普金斯大学Mark N. Wu教授、加州大学旧金山分校Qili Liu助理教授提供了重要的果蝇品系和讨论意见。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、载人航天工程空间应用项目和中国科学院创新团队的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.114282

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