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腸道菌群代謝物犬尿喹啉酸(KYNA)通過迷走神經-GPR35-ARCAgRP神經環路調控空腹誘導的食欲機制
《Cell Reports》:The gut-brain axis mechanism of normal appetite induced by kynurenic acid
【字體: 大 中 小 】 時間:2025年05月03日 來源:Cell Reports 7.5
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這篇研究揭示了腸道菌群代謝物犬尿喹啉酸(KYNA)通過迷走神經-GPR35-ARCAgRP神經環路調控空腹誘導食欲的分子機制。研究發現,空腹狀態下腸道KYNA水平顯著升高,通過激活腸道迷走神經末梢的GPR35受體,抑制NG-NTS神經環路活動,進而解除對下丘腦ARCAgRP神經元的抑制,促進食欲。該發現為理解菌群-腸-腦軸(gut-brain axis)在能量代謝調控中的作用提供了新視角。
KYNA在空腹狀態下的腸道積累與食欲調控
研究發現,空腹18小時的小鼠腸道KYNA水平顯著高于自由攝食狀態,高效液相色譜(HPLC)檢測顯示其濃度提升約10倍?诜100 mg/kg KYNA可特異性促進空腹小鼠的短期攝食量,但對飽食或高脂飲食(HFD)小鼠無此效應。值得注意的是,尾靜脈注射KYNA不影響攝食行為,提示KYNA需通過腸道局部作用而非血液循環發揮作用。
ARCAgRP神經元的關鍵介導作用
通過c-Fos免疫熒光標記和化學遺傳學技術,研究證實KYNA選擇性激活下丘腦弓狀核(ARC)中表達AgRP的神經元。在NPY-GFP轉基因小鼠中,KYNA處理顯著增加GFP+神經元的c-Fos表達。利用AAV載體在AgRP-Cre小鼠中特異性抑制ARCAgRP神經元后,KYNA的促食欲效應完全消失;而人工激活這些神經元則使KYNA失去進一步刺激攝食的能力,表明ARCAgRP神經元是KYNA發揮作用的關鍵靶點。
迷走神經介導的腸-腦信號傳遞
亞膈迷走神經切斷術(sdVx)和鈣成像實驗揭示,KYNA通過抑制迷走神經節(NG)神經元活動發揮作用。原代NG神經元在5 mM KYNA處理下,14.6%的細胞表現為鈣信號顯著降低。TRAP2技術進一步證實,KYNA處理減少NG中tdTomato+激活神經元數量;瘜W遺傳學激活NG谷氨酸能神經元可阻斷KYNA對ARCAgRP神經元的興奮作用,證實迷走神經傳入抑制是KYNA促食欲的必要條件。
NTS→ARCAgRP環路的調控機制
狂犬病毒逆向追蹤顯示NTS與ARCAgRP神經元存在單突觸連接。通過FLP/Dre雙重組系統特異性抑制NTS→ARCAgRP通路后,KYNA的促攝食效應被顯著削弱。這與Martinez de Morentin報道的NTS GABA能神經元抑制ARCAgRP活動的發現一致,提示KYNA可能通過解除NTS的抑制性輸入來激活ARCAgRP神經元。
GPR35受體的核心分子機制
免疫熒光和shRNA敲低實驗證實,腸道迷走神經末梢高表達的GPR35受體是KYNA發揮作用的關鍵?崭範顟B下NG中GPR35表達升高,而敲除腸道迷走神經GPR35后,KYNA對NG神經元p-ERK1/2的抑制效應消失,ARCAgRP神經元激活和促攝食作用均被阻斷。這一發現首次明確了KYNA-GPR35信號在腸-腦軸中的具體作用位點。
生理狀態依賴的雙向調控
研究指出KYNA的食欲調控具有能量狀態依賴性:在空腹狀態下通過迷走神經-GPR35-ARCAgRP通路促進攝食;而在能量充足時可能通過血循環途徑發揮厭食作用。這種雙向調控特性解釋了臨床觀察中KYNA水平異常與神經性厭食癥、肥胖等疾病的關聯,為代謝紊亂疾病的干預提供了新靶點。
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