肥胖是一個與包括心臟病、糖尿病和高血壓在內(nèi)的一系列共病相關(guān)的重要醫(yī)學(xué)問題。減肥可以改善這些相關(guān)疾病，但飲食控制對大多數(shù)人保持體重的效果有限。目前，用于治療肥胖癥的高效口服藥物是有限的?？诜幬锏囊缽男酝ǔ?yōu)于注射藥物，開發(fā)用于治療肥胖癥的口服生物可利用藥物將是一個重要的選擇。

食物攝入和體重受特定腦區(qū)（包括腦干）內(nèi)神經(jīng)元的嚴(yán)格調(diào)節(jié)，在腦干，中縫背核（DRN）中表達(dá)谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體Vglut3（DRNVglut3）神經(jīng)元的急性激活會強(qiáng)烈抑制食物攝入并增強(qiáng)運(yùn)動。

近日，美國洛克菲勒大學(xué)霍華德休斯醫(yī)學(xué)院分子遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)室Jeffrey M. Friedman教授研究團(tuán)隊(duì)在Nature Metabolism發(fā)表研究，確定了通過靶向DRNVglut3神經(jīng)元治療肥胖癥的潛在方法以及開發(fā)中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病藥物的一般策略。

DRNVglut3神經(jīng)元整合到經(jīng)典的攝食環(huán)路中

肥胖通常與瘦素抵抗相關(guān)，為了評估DRNVglut3神經(jīng)元、ARC和其他腦區(qū)之間的解剖關(guān)系，使用iDISCO+和CLEARMAP串聯(lián)技術(shù)對DRN中Vglut3投射進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)DRNVglut3神經(jīng)元向下丘腦和腦干（包括幾個典型的攝食中心）發(fā)送廣泛的上升長程投射, 如外側(cè)丘腦（LHA），一個典型的進(jìn)食中樞，并廣泛分布于整個大腦，但不向ARC發(fā)送投射[Fig.1a-c]。

采用光遺傳激活DRNVglut3到LHA的投射顯著抑制進(jìn)食。表明，DRNVglut3神經(jīng)元向LHA發(fā)送功能投射并減少食物攝入[Fig.1g]。

Figure 1 DRNVglut3神經(jīng)元通過上升投射整合到更廣泛的攝食環(huán)路中

DRNVglut3神經(jīng)元減輕ob/ob小鼠和DIO小鼠的體重

接下來，研究人員通過慢性激活DRNVglut3神經(jīng)元檢測對肥胖小鼠體重的影響。使用Vglut3-IRES-Cre小鼠與瘦素缺乏型ob/ob小鼠交配的子代，通過化學(xué)遺傳激活DRNVglut3神經(jīng)元，發(fā)現(xiàn)能顯著減少ob/ob小鼠攝食并降低其體重[Fig.2a,b]。

此外，DRNVglut3神經(jīng)元的激活不會改變?nèi)砟芰肯?/strong>[Fig.2e-h]。表明，DRNVglut3神經(jīng)元的慢性激活可以在不改變能量消耗的情況下減少瘦素缺乏型ob/ob小鼠的食物攝入量和體重。

同樣地，研究人員在高脂誘導(dǎo)的肥胖模型（DIO）中激活DRNVglut3神經(jīng)元發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果。

Figure 2 DRNVlug3神經(jīng)元的慢性神經(jīng)調(diào)控可降低肥胖小鼠的體重（DIO和ob/ob）

DRNVglut3神經(jīng)元中藥物靶點(diǎn)的鑒定

為了確定DRNVglut3神經(jīng)元中富集的特定靶點(diǎn)，使用翻譯核糖體親和純化（TRAP）生成DRNVglut3神經(jīng)元的細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄譜。通過篩選分析，發(fā)現(xiàn)兩種神經(jīng)肽受體，降鈣素受體（calcr）和食欲素受體1（hcrtr1）以及孤兒G蛋白偶聯(lián)受體（gpr4）在DRN中顯示出顯著高表達(dá)[Fig.3]。

Figure 3 DRNVglut3神經(jīng)元圖譜與GENSAT比較揭示了藥物研發(fā)的三個獨(dú)特靶點(diǎn)

并進(jìn)一步檢測了Hcrtr1和CalcR配體對食物攝入量和體重的影響。將s-CT（Calcr的配體）或Hcrtr激動劑（orexin A）或Hcrtr拮抗劑（suvorrexant，SB-334867）直接輸注到DRN中，Orexin A對攝食沒有影響，s-CT（30ng）和SB-334867則顯著減少DIO小鼠的食物攝入量和降低體重[Fig.4h,j]，并且這些藥物的作用依賴于DRNVglut3的激活[Fig.4l-n]。

Figure 4 DRN內(nèi)藥物化合物輸注可改善DIO后的能量平衡缺陷

CVN45502減少DIO小鼠的食物攝入量和體重

為了減少Hcrtr拮抗劑產(chǎn)生的副作用，研究人員使用Cerevance開發(fā)了新型高選擇性Hcrtr1拮抗劑藥物CVN45502。并將CVN45502與0.1μ?g花生醬顆粒混合，用于喂食正常食物或DIO小鼠，發(fā)現(xiàn)CVN45502在2h后顯著減少正常食物喂養(yǎng)小鼠的攝食量以及2-4h內(nèi)DIO小鼠的攝食量[Fig.5]。同樣CVN45502也能降低瘦素缺乏型ob/ob小鼠的體重。

Figure 5 CVN45502慢性口服治療改善DIO后的能量平衡缺陷

結(jié) 論

本研究提供了DRNVglut3活性的藥理學(xué)調(diào)節(jié)可用于減肥的證據(jù)。通過化學(xué)遺傳學(xué)和藥理學(xué)激活DRN中表達(dá)Vglut3的神經(jīng)元可以降低瘦素缺乏型ob/ob小鼠和瘦素抵抗型DIO小鼠的體重，這表明這些神經(jīng)元在功能上確實(shí)是瘦素信號的下游。此外，也證明了通過使用一種新的翻譯方法識別藥物靶點(diǎn)來復(fù)制化學(xué)遺傳調(diào)節(jié)效應(yīng)的可行性。

參考文獻(xiàn)：

Schneeberger, Marc et al. “Pharmacological targeting of glutamatergic neurons within the brainstem for weight reduction.” Nature metabolism vol. 4,11 (2022): 1495-1513. doi:10.1038/s42255-022-00677-8

編譯作者：Young（brainnews創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)）

校審：Simon（brainnews編輯部）

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