科学家揭示光照影响血糖代谢机制

薛天团队发现，光通过激活视网膜中特殊的感光细胞，向下丘脑和延髓的一系列神经核团传递信号，最终通过交感神经作用于外周棕色脂肪组织，从而抑制机体的血糖代谢能力。

生命为了生存，必须根据外界环境条件控制体内营养物质的代谢平衡。哺乳动物已经进化出精确而复杂的调节网络，用于连续和动态地调节血糖代谢。大量公共健康调查显示，夜间过度光照会显著增加肥胖、糖尿病等代谢性疾病的风险。光作为最重要的外界环境因素，是否直接调节血糖代谢？这些问题涉及到什么样的感光细胞，什么样的神经回路和外周靶器官，都没有答案。

近日，中科大生命科学与医学系薛天教授团队在《细胞》杂志上在线发表了一项研究成果。他们发现，光线通过激活视网膜中特殊的感光细胞，将信号通过视神经传递到下丘脑和延髓中的一系列神经核团，最终通过交感神经作用于外周棕色脂肪组织，从而直接抑制人体代谢血糖的能力。

视网膜自我感知神经节细胞是“信号发生器”

研究小组首先对小鼠和人类进行了葡萄糖耐量试验，发现几个小时的光照显著降低了人类和小鼠的葡萄糖耐量。哺乳动物的光感知主要依赖于视网膜中的三种感光细胞。除了视锥细胞和视杆细胞介导的图像视觉感知，光还可以直接激活视网膜上的第三类感光细胞——视网膜自感光神经节细胞，它们依靠自身表达视黄醇，对波长接近480 nm的短波蓝光敏感。IpRGC控制许多下游脑区，然后调节瞳孔对光的反射、昼夜节律、睡眠和情绪认知等功能。什么感光细胞介导光降低血糖耐受力？团队通过基因工程，将上述三类感光细胞的感光能力逐一“敲除”，发现光诱导葡萄糖不耐受是由ipRGC独立介导的。

然后，研究小组探索了小鼠从视网膜到大脑的哪些核团参与了光调节血糖代谢的生理过程。下丘脑是调节代谢的重要区域，其中ipRGC向下丘脑视交叉上核和视上核(SON)发出密集的神经纤维。已知持续数周的异常光照模式可影响SCN核，引起小鼠昼夜节律紊乱，进而间接影响其血糖代谢功能。团队通过化学遗传手段分别破坏或操纵ipRGC投射的SCN核和SON核，发现光导致血糖耐受急性降低的过程不依赖于昼夜节律系统，而是由ipRGC投射到SON核的神经环路直接介导。

通过影响褐色脂肪组织来抑制葡萄糖代谢

血糖代谢仅受影响外周血糖代谢器官的影响。换句话说，该团队必须找出是什么器官介导光来阻止血液中的葡萄糖代谢。他们最终将目光投向了棕色脂肪组织，这是一种血糖的“大消费者”。

棕色脂肪组织主要分布在肩胛区、腋窝和颈后。其重要功能之一是燃烧葡萄糖或脂肪，直接产生热量，维持体温稳态。研究人员还观察到，光能显著抑制棕色脂肪组织的温度。

研究小组确定，对光的耐受性以降低血糖是通过抑制棕色脂肪组织的产热来实现的，从而减少了该组织对葡萄糖的利用。

老鼠白天卧，晚上出，作息时间与人相反。人体的血糖代谢是否也受光的调节？研究小组使用ipRGC敏感的蓝光和ipRGC不敏感的红光来测试人们在不同波长的光下的血糖耐受性。结果表明，只有在蓝光照射下，人的血糖耐受力才会明显下降。研究小组在热中性的温度环境中测试了受试者，结果显示光线不再抑制血糖耐受性。上述实验提示，光可以降低人的血糖耐受量，其机制很可能与小鼠相同，即光也被人的ipRGC感知，并由人的褐色脂肪组织介导。

这项关于光调节血糖代谢机制的研究提示现代人应重视光环境对健康的影响。鉴于夜间光污染导致代谢性疾病风险增加，人们应考虑夜间生活环境中人造光的波长、强度和暴露时间。