跨物种背侧迷走复合体图谱揭示cagrilintide调控能量平衡的神经元介质

《Nature Metabolism》：A cross-species atlas of the dorsal vagal complex reveals neural mediators of the effects of cagrilintide on energy balance

研究人员构建了包含大鼠、小鼠及猕猴尾端脑干逾530,000个细胞、涵盖80种神经元细胞群的转录组图谱，并通过空间转录组分析绘制了大鼠背侧迷走复合体（Dorsal Vagal Complex, DVC）中细胞的分布。研究发现，cagrilintide调控DVC中两类保守的Calcitonin receptor（Calcr，降钙素受体）表达神经元群。急性cagrilintide处理可改变最后区（Area Postrema, AP）Calcr/Ramp3神经元的基因表达，但化学遗传学激活大鼠该类神经元不影响长期摄食及体重。相反，长期cagrilintide处理上调孤束核（Nucleus of the Solitary Tract, NTS）Calcr/Prlh（Prolactin-releasing hormone，催乳素释放激素）细胞中Prlh的表达，且该细胞群在啮齿类、猕猴及人中均保守。敲低DVC中Prlh可消除cagrilintide而非semaglutide（Semaglutide，GLP-1受体激动剂）对大鼠摄食和体重的抑制效应。本研究提供了跨物种、空间分辨的DVC细胞群图谱，并确定Calcr/Prlh神经元是淀粉样蛋白受体（Amylin receptor，AmyR）激动剂作用的中介。

《Nature Metabolism》论文解读：跨物种背侧迷走复合体图谱揭示cagrilintide调控能量平衡的神经元介质

一、研究背景与立项依据

胰淀素（Amylin）受体激动剂如长效类似物cagrilintide（卡格列肽）是新兴的抗肥胖治疗药物。内源性胰淀素及其类似物发挥抑食和减重效应需要完整的脑干背侧迷走复合体（Dorsal Vagal Complex, DVC；含最后区Area Postrema, AP、孤束核Nucleus of the Solitary Tract, NTS和迷走神经背运动核Dorsal Motor Nucleus of the Vagus, DMV）。虽然已知DVC中表达降钙素受体（Calcitonin receptor, Calcr）的神经元参与能量平衡调控，且AP损伤会削弱amylin的急性抑食作用，但介导amylin类似物长期减重效应的具体DVC细胞类型、分子机制及跨物种保守性尚不清楚。以往的小鼠DVC单细胞图谱覆盖不全且缺乏空间定位和跨物种比较。本研究旨在通过生成跨物种（小鼠、大鼠、猕猴） caudal brainstem（延髓）单细胞及空间转录组图谱，鉴定cagrilintide作用的DVC神经元介质及其保守性。

二、主要关键技术方法

研究人员采用单细胞核RNA测序（single-nucleus RNA sequencing, snRNA-seq）对饮食诱导肥胖（Diet-Induced Obese, DIO）小鼠、DIO大鼠及健康猕猴的caudal brainstem组织进行测序，结合细胞核哈希（nuclei hashing）技术进行多重样本处理，构建跨物种转录组图谱；利用基于单分子荧光原位杂交的空间转录组学技术（Molecular Cartography）对大鼠DVC进行空间定位；对DIO大鼠及小鼠进行急性（单次）和亚急性（7天）cagrilintide皮下注射处理，取DVC进行snRNA-seq及批量RNA测序（bulk RNA-seq）；运用RNAscope多重荧光原位杂交验证Prlh、Calcr及Glp1r在人、猕猴及大鼠NTS中的共表达；构建Calcr^Cre敲入大鼠，通过立体定位注射Cre依赖的腺相关病毒（Adeno-Associated Virus, AAV）分别进行化学遗传学激活（hM3Dq）、凋亡（taCaspase3）及NTS区Prlh shRNA敲低（shPrlh），观察对cagrilintide及semaglutide（GLP-1 receptor agonist）干预下摄食量与体重变化的影响。

三、研究结果

A cross-species transcriptional atlas of the caudal brainstem（跨物种尾端脑干转录组图谱）

研究人员整合小鼠（~19.6万）、大鼠（~28.8万）及猕猴（~4.6万）细胞数据，获得301,268个胶质细胞和229,129个神经元，聚类为10种胶质细胞类型和80个神经元亚群（其中34个定位于大鼠DVC）。发现多数神经元群跨物种保守，猕猴DVC中Calcr及Ramp3表达模式与啮齿类相似。

Spatial mapping of the rat caudal brainstem cell populations（大鼠尾端脑干细胞群的空间定位）

利用空间转录组将67/80个神经元群锚定到解剖区域，确认34个位于DVC（AP、NTS、DMV）。Calcr在8个DVC神经元群中特异性表达（Expression Specificity, ES_μ>0.8），其中Glu4.2（AP区，共表达Ramp3）、Glu8.0及Glu8.2（NTS区）三个群落在三种物种中均表达Calcr。

Characterization of conserved Calcr-expressing cell populations（保守Calcr表达细胞群的表征）

Glu4.2 Calcr/Ramp3神经元主要位于AP，部分在内侧NTS；大鼠AP中Calcr与Glp1r（Glucagon-like peptide-1 receptor）标记不同细胞亚群，而小鼠AP中二者有部分共标。Glu8.2 NTS神经元共表达Calcr与Prlh（Prolactin-releasing hormone），且在大鼠、猕猴及人NTS中存在Prlh/Calcr/Glp1r共表达细胞。RNAscope证实Prlh与Calcr在啮齿类广泛共标，猕猴及人多表现为Prlh/Glp1r共标。

Engagement of NTS Glu8.2 Calcr/Prlh neurons by cagrilintide in rats but not in mice（cagrilintide在大鼠而非小鼠中招募NTS Glu8.2 Calcr/Prlh神经元）

snRNA-seq显示，大鼠急性及亚急性cagrilintide均可激活AP Glu4.2神经元（Fos调节子上调），仅亚急性cagrilintide额外激活NTS Glu8.2 Calcr/Prlh神经元；小鼠中未见明显Fos regulon激活。Bulk RNA-seq示大鼠亚急性处理后79个差异基因中最显著上调基因为Prlh（log₂FC=1.01, adj. P=5.6×10^?6），且特异性定位于NTS Glu8.2群；小鼠无Prlh上调。表明cagrilintide长期作用需招募大鼠NTS Calcr/Prlh神经元并上调其Prlh表达。

Cagrilintide effects are likely neuronal and not obesity dependent（cagrilintide效应可能为神经元介导且不依赖于肥胖状态）

DIO模型未引起保守Calcr神经元或Glu8.2神经元Prlh表达改变；胶质细胞不表达Calcr且不被cagrilintide激活。提示cagrilintide通过神经元（非胶质细胞）发挥作用，且不通过逆转肥胖相关转录改变，而是启动独立的能量平衡调控通路。

AP Calcr neuron activation acutely decreases food intake but not long-term body weight（激活AP Calcr神经元急性抑制摄食但不影响长期体重）

Chemogenetic（DREADD hM3Dq）激活大鼠AP Calcr神经元使黑暗期前2小时摄食减少>50%，延缓胃排空，且不引起条件性味觉厌恶（非厌恶型抑食），但该激活连续3天未能持续抑制摄食或降低体重，提示AP Calcr神经元不足以介导cagrilintide的长期减重效应。

A key role of NTS Prlh in the suppression of food intake and body weight by cagrilintide（NTS Prlh在cagrilintide抑制摄食和减重中的关键作用）

NTS注射AAV-shPrlh有效敲低Prlh表达后，基线摄食增加、体重增长加快；在此情况下，cagrilintide急性及亚急性处理对摄食和体重的抑制效应显著减弱，而GLP-1受体激动剂semaglutide的效应不受影响。证明NTS Calcr/Prlh神经元（通过其Prlh信号）特异性介导amylin受体激动剂cagrilintide的长期减重作用。

四、讨论与结论总结

研究人员通过跨物种snRNA-seq与空间转录组构建了全面的大鼠、小鼠及猕猴caudal brainstem（含DVC）细胞图谱，鉴定出两个保守的cagrilintide响应Calcr神经元群：AP Glu4.2 Calcr/Ramp3神经元（急性激活，介导短暂抑食与胃排空延迟）和NTS Glu8.2 Calcr/Prlh神经元（仅在大鼠经亚急性cagrilintide上调Prlh表达并激活）。化学遗传学激活AP Calcr神经元仅产生急性抑食，无法长期减重；敲低NTS Prlh可特异性阻断cagrilintide而非semaglutide的减重效应。因此，cagrilintide对摄食和体重的长期抑制依赖于NTS Calcr/Prlh神经元中Prlh的上调。小鼠对cagrilintide反应较弱可能与其缺乏NTS Glu8.2神经元的有效招募有关。本研究不仅提供了重要的跨物种DVC资源，还明确了amylin受体激动剂作用的关键神经元介质，提示大鼠是研究此类减肥药机理更贴近人类的模型，也为未来肥胖治疗靶点开发提供了方向。