薛天團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，光通過激活視網(wǎng)膜中特殊的感光細(xì)胞，向下丘腦和延髓的一系列神經(jīng)核團(tuán)傳遞信號，最終通過交感神經(jīng)作用于外周棕色脂肪組織，從而抑制機(jī)體的血糖代謝能力。

生命為了生存，必須根據(jù)外界環(huán)境條件控制體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的代謝平衡。哺乳動物已經(jīng)進(jìn)化出精確而復(fù)雜的調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，用于連續(xù)和動態(tài)地調(diào)節(jié)血糖代謝。大量公共健康調(diào)查顯示，夜間過度光照會顯著增加肥胖、糖尿病等代謝性疾病的風(fēng)險(xiǎn)。光作為最重要的外界環(huán)境因素，是否直接調(diào)節(jié)血糖代謝？這些問題涉及到什么樣的感光細(xì)胞，什么樣的神經(jīng)回路和外周靶器官，都沒有答案。

近日，中科大生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)系薛天教授團(tuán)隊(duì)在《細(xì)胞》雜志上在線發(fā)表了一項(xiàng)研究成果。他們發(fā)現(xiàn)，光線通過激活視網(wǎng)膜中特殊的感光細(xì)胞，將信號通過視神經(jīng)傳遞到下丘腦和延髓中的一系列神經(jīng)核團(tuán)，最終通過交感神經(jīng)作用于外周棕色脂肪組織，從而直接抑制人體代謝血糖的能力。

視網(wǎng)膜自我感知神經(jīng)節(jié)細(xì)胞是“信號發(fā)生器”

研究小組首先對小鼠和人類進(jìn)行了葡萄糖耐量試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)幾個(gè)小時(shí)的光照顯著降低了人類和小鼠的葡萄糖耐量。哺乳動物的光感知主要依賴于視網(wǎng)膜中的三種感光細(xì)胞。除了視錐細(xì)胞和視桿細(xì)胞介導(dǎo)的圖像視覺感知，光還可以直接激活視網(wǎng)膜上的第三類感光細(xì)胞——視網(wǎng)膜自感光神經(jīng)節(jié)細(xì)胞，它們依靠自身表達(dá)視黃醇，對波長接近480 nm的短波藍(lán)光敏感。IpRGC控制許多下游腦區(qū)，然后調(diào)節(jié)瞳孔對光的反射、晝夜節(jié)律、睡眠和情緒認(rèn)知等功能。什么感光細(xì)胞介導(dǎo)光降低血糖耐受力？團(tuán)隊(duì)通過基因工程，將上述三類感光細(xì)胞的感光能力逐一“敲除”，發(fā)現(xiàn)光誘導(dǎo)葡萄糖不耐受是由ipRGC獨(dú)立介導(dǎo)的。

然后，研究小組探索了小鼠從視網(wǎng)膜到大腦的哪些核團(tuán)參與了光調(diào)節(jié)血糖代謝的生理過程。下丘腦是調(diào)節(jié)代謝的重要區(qū)域，其中ipRGC向下丘腦視交叉上核和視上核(SON)發(fā)出密集的神經(jīng)纖維。已知持續(xù)數(shù)周的異常光照模式可影響SCN核，引起小鼠晝夜節(jié)律紊亂，進(jìn)而間接影響其血糖代謝功能。團(tuán)隊(duì)通過化學(xué)遺傳手段分別破壞或操縱ipRGC投射的SCN核和SON核，發(fā)現(xiàn)光導(dǎo)致血糖耐受急性降低的過程不依賴于晝夜節(jié)律系統(tǒng)，而是由ipRGC投射到SON核的神經(jīng)環(huán)路直接介導(dǎo)。

通過影響褐色脂肪組織來抑制葡萄糖代謝

血糖代謝僅受影響外周血糖代謝器官的影響。換句話說，該團(tuán)隊(duì)必須找出是什么器官介導(dǎo)光來阻止血液中的葡萄糖代謝。他們最終將目光投向了棕色脂肪組織，這是一種血糖的“大消費(fèi)者”。

棕色脂肪組織主要分布在肩胛區(qū)、腋窩和頸后。其重要功能之一是燃燒葡萄糖或脂肪，直接產(chǎn)生熱量，維持體溫穩(wěn)態(tài)。研究人員還觀察到，光能顯著抑制棕色脂肪組織的溫度。

研究小組確定，對光的耐受性以降低血糖是通過抑制棕色脂肪組織的產(chǎn)熱來實(shí)現(xiàn)的，從而減少了該組織對葡萄糖的利用。

老鼠白天臥，晚上出，作息時(shí)間與人相反。人體的血糖代謝是否也受光的調(diào)節(jié)？研究小組使用ipRGC敏感的藍(lán)光和ipRGC不敏感的紅光來測試人們在不同波長的光下的血糖耐受性。結(jié)果表明，只有在藍(lán)光照射下，人的血糖耐受力才會明顯下降。研究小組在熱中性的溫度環(huán)境中測試了受試者，結(jié)果顯示光線不再抑制血糖耐受性。上述實(shí)驗(yàn)提示，光可以降低人的血糖耐受量，其機(jī)制很可能與小鼠相同，即光也被人的ipRGC感知，并由人的褐色脂肪組織介導(dǎo)。

這項(xiàng)關(guān)于光調(diào)節(jié)血糖代謝機(jī)制的研究提示現(xiàn)代人應(yīng)重視光環(huán)境對健康的影響。鑒于夜間光污染導(dǎo)致代謝性疾病風(fēng)險(xiǎn)增加，人們應(yīng)考慮夜間生活環(huán)境中人造光的波長、強(qiáng)度和暴露時(shí)間。