nesfatin-1在1型糖尿病大鼠的侧副脑桥核中对摄食和葡萄糖代谢的作用

《Peptides》：The roles of nesfatin-1 in the lateral parabrachial nucleus on feeding and glucose metabolism in type 1 diabetic rats

Nesfatin-1通过调控侧旁扁桃体核葡萄糖敏感神经元及交感神经活动参与1型糖尿病大鼠食欲和血糖调节。

　　

张财顺|张青|王柳欣|王海丹|林倩|王玉轩|于家庆|朱坤|夏云秋|董静

中国青岛大学护理学院

摘要

Nesfatin-1在调节食欲和葡萄糖代谢中起着关键作用。本研究旨在探讨LPBN nesfatin-1对1型糖尿病（T1DM）大鼠食物摄入量和血糖的影响及其潜在机制。通过导管植入和核微注射技术，研究了LPBN nesfatin-1对T1DM大鼠食物摄入量和血糖调节的作用。体内电生理技术用于记录LPBN中的葡萄糖敏感（GS）神经元，以探索其中枢机制。ELISA试剂盒用于检测nesfatin-1、去甲肾上腺素（NE）和肾上腺素（E）的血浆水平。研究发现，LPBN nesfatin-1抑制了T1DM大鼠的夜间进食行为。LPBN nesfatin-1对血糖的调节与胰岛素密切相关。LPBN nesfatin-1增加了T1DM大鼠中葡萄糖兴奋性神经元的放电频率，并降低了Wistar大鼠中葡萄糖抑制性神经元的放电频率。在低血糖状态下，LPBN nesfatin-1提高了Wistar大鼠的血浆NE水平；在高血糖状态下，它降低了T1DM大鼠的血浆E水平。这些结果表明，LPBN nesfatin-1参与了T1DM大鼠的食物摄入量和血糖调节，可能是通过影响GS神经元并随后调节交感神经系统活动来实现的，这一途径需要进一步的机制验证。

引言

1型糖尿病（T1DM）的特点是由于胰腺β细胞破坏导致绝对胰岛素缺乏，从而引发高血糖[1]。由于内源性胰岛素的绝对缺乏，T1DM患者需要通过外部胰岛素注射来维持血糖水平[2]。然而，外源性胰岛素无法精确模拟身体的生理调节机制，导致血糖不稳定。高血糖可能引发大血管疾病和微血管疾病等并发症[3]，而严重的低血糖则可能导致昏迷、癫痫发作甚至死亡[4]。因此，深入理解血糖调节机制对于管理T1DM及其并发症至关重要。Nesfatin-1是一种参与食物摄入量和血糖调节的神经肽[5]，这可能为糖尿病的预防和治疗提供新的见解。

自2006年Oh-1发现nesfatin-1以来，它引起了广泛关注。Nesfatin-1是一种由前体核结合蛋白-2（nucleobindin-2）衍生的82个氨基酸组成的脑-肠肽[6]，参与调节食欲、葡萄糖和脂质代谢[7]。Oh-I的研究表明，大鼠脑室内（i.c.v.）注射nesfatin-1可剂量依赖性地减少食物摄入量，长期脑室内注射nesfatin-1可降低体重[6]。其他研究也证实了nesfatin-1在中枢或外周具有抑制食欲的作用[8],[9]。Nesfatin-1还参与能量稳态，尤其是在葡萄糖代谢中。一项研究表明，nesfatin-1的抗高血糖作用具有时间、剂量和胰岛素依赖性[10]。另一项研究显示，nesfatin-1通过刺激骨骼肌中的AMPK-ACC通路促进游离脂肪酸的利用，从而降低T2DM小鼠的血糖[11]。这些研究表明，外周nesfatin-1可调节糖尿病小鼠的血糖。在高脂饮食引起的胰岛素抵抗情况下，将nesfatin-1注入大脑第三脑室可通过Akt/AMPK/TORC2通路提高胰岛素敏感性[12]，而其中枢对血糖的影响仍需进一步研究。

Nesfatin-1在中枢神经系统（CNS）和外周组织中均有表达，并且能够以双向方式穿过血脑屏障而不饱和[13]。在外周，nesfatin-1存在于胃黏膜、垂体、脂肪组织和肝脏中[14],[15]。在中枢神经系统中，nesfatin-1存在于下丘脑、脑干和外侧桥脑核（LPBN）[8]。后者是连接前脑和后脑的结构[16],[17]，它调节食物摄入量[18],[19],[20],[21]以及低血糖[22]。有研究表明，向LPBN注射nesfatin-1可通过影响葡萄糖敏感（GS）神经元来调节Wistar大鼠的食物摄入量、体重和能量代谢[23]。

GS神经元通过改变其对环境葡萄糖浓度的反应来调节食物摄入量和血糖[24]。GS神经元分为葡萄糖兴奋性（GE）神经元和葡萄糖抑制性（GI）神经元，主要分布在下丘脑[25]、脑干[26]和LPBN[23],[27]。葡萄糖水平升高时激活GE神经元，而葡萄糖水平下降时激活GI神经元[28]。在下丘脑腹内侧核（VMH）中，葡萄糖水平激活GS神经元，进而激活交感神经系统，从而调节外周组织的血糖[29]。

我们在之前的研究中已经证明了LPBN nesfatin-1对Wistar大鼠食物摄入量和能量代谢的影响，但其在T1DM大鼠中的作用尚不清楚。因此，我们建立了T1DM模型来研究LPBN nesfatin-1对T1DM大鼠食物摄入量和血糖调节的作用。目前还不清楚T1DM大鼠LPBN中的GS神经元是否受nesfatin-1的调节，或者它是否通过交感神经系统控制外周葡萄糖代谢。因此，我们使用体内电生理技术记录LPBN中的葡萄糖敏感（GS）神经元以探索其中枢机制，并利用ELISA试剂盒检测nesfatin-1、去甲肾上腺素（NE）和肾上腺素（E）的血浆水平以研究外周机制。因此，本研究旨在了解LPBN nesfatin-1对T1DM大鼠食物摄入量和血糖调节的调节机制。

动物

成年雄性Wistar大鼠（8周龄，体重280 ± 10克）被饲养在无特定病原体的房间内，房间温度控制在23 ± 2°C，湿度控制在55% ± 5%，并可自由获取标准食物和水。所有大鼠每天从8:00到20:00暴露于荧光灯下，以模拟12小时的光暗周期。

实验方案已获得青岛大学动物护理和使用委员会及动物福利委员会的批准（编号20200922Wistar12020220630030）

低血糖激活LPBN中nesfatin-1神经元的表达

与生理盐水注射相比，10 IU/kg胰岛素（i.p.）注射在30分钟、60分钟和90分钟时显著降低了对照组大鼠的血糖（mmol/L）（30分钟时为3.60 ± 0.16 vs. 7.25 ± 0.05，P<0.0001；60分钟时为3.30 ± 0.16 vs. 7.38 ± 0.30，P<0.0001；90分钟时为2.60 ± 0.12 vs. 6.50 ± 0.30，P<0.0001，图1A）。90分钟后，Wistar大鼠的FBG降至2.8 mmol/L以下，表明低血糖模型建立成功。

测量90分钟血糖后，选择了8只大鼠进行进一步实验

讨论

T1DM的特点是由于胰腺β细胞丧失导致胰岛素缺乏[33]。STZ是一种高度选择性的胰岛β细胞毒性物质，常用于建立T1DM模型[32]。我们给予单剂量50 mg/kg的STZ来建立模型。STZ注射一周后，我们测量了FBG、夜间食物摄入量和体重。在本研究中，所有FBG≥20 mmol/L的T1DM大鼠均表现出过度饮水、进食、排尿和体重下降，表明模型建立成功

结论

LPBN nesfatin-1参与了Wistar大鼠和T1DM大鼠的食物摄入量和血糖调节。LPBN nesfatin-1的作用可能是通过影响GS神经元并随后调节交感神经系统活动来实现的，这一途径需要进一步的机制验证。

未引用参考文献

[55]

资助

本研究得到了国家自然科学基金（编号31872791）和山东省自然科学基金（编号ZR2019MC046）的资助（资助人：董静教授）。

CRediT作者贡献声明

张财顺：撰写——初稿、方法学设计、资金获取、数据分析、概念构建。王柳欣：数据分析。张青：撰写——初稿、数据管理。林倩：数据管理。王海丹：数据管理。于家庆：数据管理。王玉轩：数据管理。夏云秋：数据管理。朱坤：数据管理。董静：撰写——审稿与编辑、监督、研究设计、资金获取

利益冲突声明

我代表我的合作者提交这篇题为“Nesfatin-1在1型糖尿病大鼠外侧桥脑核中对进食和葡萄糖代谢的作用”的手稿给Peptides期刊发表。该文章尚未在其他地方接受发表审核。所有作者均同意发表该文章，且不存在利益冲突。如果被接受，该文章不会以相同形式或任何其他语言在其他地方发表。

致谢

作者感谢中国山东青岛大学的王斌教授提供用于实验的切片机和共聚焦扫描激光显微镜。

作者贡献

JD和CZ构思并设计了实验。CZ、QZ、LW、WH、QL、YW、JY、KZ、YX进行了实验并处理数据。CZ和LW分析了数据。CZ和QZ撰写了论文。JD、CZ和QZ审稿并编辑了手稿。JD、CZ和QZ是本工作的负责人，他们可以访问所有数据