肥胖是由不平衡的能量攝入和消耗引起的一種代謝紊亂的疾病。最近的研究也證明了肥胖和重度抑郁癥之間的密切相關(guān)；然而，這種相關(guān)性的生理原因是未知的。由于快感缺失是抑郁癥的主要癥狀，包括肥胖相關(guān)抑郁癥，這種情況可能涉及獎(jiǎng)勵(lì)途徑的失調(diào)。中腦邊緣通路是最著名的獎(jiǎng)賞通路之一，它包括腹側(cè)被蓋區(qū)（VTA）向伏隔核的多巴胺能（DA）投射。一項(xiàng)研究表明，抑郁癥患者的獎(jiǎng)賞回路活動(dòng)減少，這種和其他獎(jiǎng)賞回路活動(dòng)減少的情況與抑郁癥有潛在關(guān)系。

而FGF 21是肥胖和抑郁癥之間的一個(gè)潛在聯(lián)系分子，它是FGF家族的成員之一，主要由肝臟產(chǎn)生，在調(diào)節(jié)代謝狀態(tài)中起著公認(rèn)的作用。值得注意的是，動(dòng)物中的FGF 21治療可以通過(guò)改善能量消耗和胰島素敏感性來(lái)逆轉(zhuǎn)飲食誘導(dǎo)的肥胖和高血糖。在靶細(xì)胞中，F(xiàn)GF 21信號(hào)通過(guò)由FGFRl和共受體β-klotho（KLB）組成的細(xì)胞表面受體激活下游途徑，這兩者都在小鼠腦中廣泛表達(dá)。已顯示神經(jīng)元中的此類FGF 21誘導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)調(diào)節(jié)進(jìn)食相關(guān)行為，包括碳水化合物攝入、甜食偏好和酒精偏好。值得注意的是，F(xiàn)GF 21最近也被認(rèn)為是一種情緒調(diào)節(jié)劑。在一項(xiàng)研究中，雙相情感障礙患者接受丙戊酸鹽給藥后，血漿FGF 21水平顯著升高，這意味著FGF 21可作為情緒穩(wěn)定劑。另一項(xiàng)小鼠研究顯示，連續(xù)三天腹膜內(nèi)FGF 21預(yù)處理顯著減弱LPS誘導(dǎo)的抑郁樣行為。雖然FGF 21似乎在控制情緒中發(fā)揮重要作用，但FGF 21對(duì)抑郁癥神經(jīng)底物的影響仍不清楚。因此，為了研究FGF21在調(diào)節(jié)肥胖相關(guān)的抑郁樣行為中的作用，并探究何種藥物分子通過(guò)什么方式能夠激活FGF21調(diào)節(jié)肥胖誘導(dǎo)的抑郁行為，是本課題組關(guān)注的重點(diǎn)。

在此背景下，2023年07月28日國(guó)立成功大學(xué)陳培春課題組在Life Sciences上發(fā)文揭示了格列本脲促進(jìn)HFD（高脂飲食）誘導(dǎo)的肥胖雄性小鼠肩胛間BAT(棕色脂肪組織)中FGF21的分泌并減輕抑郁樣行為的機(jī)制。

圖1 FGF21的長(zhǎng)期施用減少代謝紊亂癥狀

首先，課題組對(duì)雄性小鼠進(jìn)行12周的HFD喂養(yǎng)足以增加體重和抑郁樣行為，為了確定FGF 21在HFD誘導(dǎo)的代謝紊亂和抑郁癥中的作用，我們通過(guò)微量注射泵靜脈輸注用0.3mg/kg重組FGF21蛋白長(zhǎng)期處理小鼠2周，然后每天一次腹膜內(nèi)注射3 mg/kg重組FGF 21，持續(xù)4天。課題組根據(jù)飲食和FGF 21治療與否將小鼠分成以下組：Chow、HFD、Chow+ FGF 21和HFD + FGF 21組。然后觀察小鼠的代謝狀態(tài)，結(jié)果顯示，在微量注射泵植入后8天，體重顯著降低，但食物攝入量不受影響，HFD + FGF21組也表現(xiàn)出更好的胰島素和葡萄糖耐量水平高于HFD組。因此通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，我們能總結(jié)FGF21治療可以減輕代謝癥狀并改善能量消耗。

圖2 長(zhǎng)期使用FGF21改善能量消耗

課題組通過(guò)監(jiān)測(cè)代謝籠中的小鼠來(lái)測(cè)量FGF21治療后的能量平衡。與Chow對(duì)照相比，HFD組中的O2消耗（VO2）和CO2產(chǎn)生（VCO2）顯著降低，但FGF21處理上調(diào)了暗相中的VO2，呼吸交換率（RER）在所有組之間保持相似，這組實(shí)驗(yàn)表明：FGF21能改善能量的消耗。

圖3 長(zhǎng)期注射FGF21可以緩解抑郁癥狀

本課題組進(jìn)一步通過(guò)行為學(xué)實(shí)驗(yàn)探究FGF21與抑郁行為間的關(guān)系。通過(guò)糖水偏好實(shí)驗(yàn)、強(qiáng)迫游泳實(shí)驗(yàn)和曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)三種行為學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)小鼠進(jìn)行行為學(xué)觀察。值得注意的是，與HFD組相比，HFD+FGF21組在糖水偏好實(shí)驗(yàn)中顯示出對(duì)糖水的更高偏好，在強(qiáng)迫游泳中也表現(xiàn)出不動(dòng)時(shí)間減少。本實(shí)驗(yàn)表明：FGF21治療減輕了HFD誘導(dǎo)的抑郁樣行為。

圖4 FGF21注射恢復(fù)HFD誘導(dǎo)的伏隔核中兒茶酚胺的失調(diào)

由于抑郁性行為與快感消失有關(guān)，本實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步探索FGF21調(diào)節(jié)興奮性神經(jīng)遞質(zhì)的關(guān)系。我們發(fā)現(xiàn)HFD飼喂降低了DA代謝物、DOPAC和HVA，但FGF21處理顯著增加了DOPAC和HVA水平。接下來(lái)，我們計(jì)算DOPAC與DA和DOPAC+HVA與DA的比率，作為DA神經(jīng)元活性的指示。該分析的結(jié)果表明，FGF21的處理恢復(fù)了HFD喂養(yǎng)的小鼠中的DA神經(jīng)元活性。

圖5 FGF21的長(zhǎng)期使用可以挽救HFD誘導(dǎo)的VTA中FGFRl和KLB的失調(diào)

課題組在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行探索FGF21調(diào)控機(jī)制，通過(guò)免疫熒光實(shí)驗(yàn)檢測(cè)FGFR1和KLB的上調(diào)下調(diào)情況。已知FGFRl和KLB兩者對(duì)于FGF21介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)是必需的。KLB是直接FGF21結(jié)合所需的，并且FGFRl是活性感受態(tài)亞基。我們的數(shù)據(jù)表明，在HFD喂養(yǎng)后，VTA的DA神經(jīng)元中FGFRl表達(dá)水平增加，并且FGF21處理逆轉(zhuǎn)了FGFRl的異常表達(dá)。相反，HFD組中DA神經(jīng)元中KLB的表達(dá)水平顯著低于食物組，并且FGF21的處理增加DA神經(jīng)元中KLB的表達(dá)。總之，FGF21糾正DA神經(jīng)元中FGF21受體的失調(diào)。

圖6 格列本脲處理增加FGF21 mRNA水平并促進(jìn)FGF21從BAT釋放

接下來(lái)實(shí)驗(yàn)組通過(guò)，格列本脲處理的樣品進(jìn)行qPCR以確定在體內(nèi)和體外棕色脂肪細(xì)胞中FGF21表達(dá)是否通過(guò)處理而增加。發(fā)現(xiàn)格列本脲處理后BAT中FGF21 mRNA表達(dá)確實(shí)增加。然而，VTA中FGF21 mRNA的水平與BAT中FGF21 mRNA的水平相比顯著降低。和血漿FGF21在具有和不具有GB處理的HFD飼喂的小鼠中是相似的。因此，格列本脲上調(diào)BAT中的FGF21 mRNA表達(dá)和FGF21釋放。

圖7 在BAT長(zhǎng)期使用格列本脲挽救HFD誘導(dǎo)的VTA中FGFRl和KLB失調(diào)

因?yàn)?/span>FGF21的治療可以減少HFD誘導(dǎo)的抑郁樣行為，可能是通過(guò)校正VTA中的FGF21受體表達(dá)。所以，課題組進(jìn)一步測(cè)試了格列本脲處理BAT后VTA中FGFRl和KLB的表達(dá)水平。HFD組中FGFRl的表達(dá)水平顯著高于食物組。在HFD組中KLB表達(dá)水平也降低，并且格列本脲處理增加了KLB表達(dá)水平。雖然目前尚不清楚格列本脲在BAT中的作用如何影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)，但我們的數(shù)據(jù)表明，HFD誘導(dǎo)的VTA中FGF21受體表達(dá)失調(diào)的可以通過(guò)格列本脲來(lái)糾正。

圖8 在BAT中長(zhǎng)期使用FGF21或格列本脲增加強(qiáng)迫游泳期間VTA^DA神經(jīng)元活性

在進(jìn)行強(qiáng)迫游泳實(shí)驗(yàn)后90分鐘，染c-FOS和多巴胺能的神經(jīng)元。通過(guò)計(jì)算腹側(cè)被蓋區(qū)c-FOS⁺、TH⁺細(xì)胞數(shù)，發(fā)現(xiàn)HFD喂養(yǎng)顯著降低了c-FOS⁺、TH⁺細(xì)胞數(shù)。相比之下，FGF21處理增加了c-FOS⁺、TH⁺細(xì)胞數(shù)量。在強(qiáng)迫游泳期間。有趣的是，格列本脲處理顯示出類似的結(jié)果，因?yàn)楦窳斜倦逄幚盹@著增加了HFD喂養(yǎng)的小鼠中的c-FOS⁺、TH⁺細(xì)胞數(shù)量。本實(shí)驗(yàn)表明：FGF21和格列本脲處理促進(jìn)VTA中的DA神經(jīng)元活性方面有相似作用。

圖9 在BAT中長(zhǎng)期施用FGF21或格列本脲改變VTA中的神經(jīng)元形態(tài)

先前的研究表明，在HFD喂養(yǎng)12周后，海馬中的樹(shù)突棘密度降低，這表明在HFD喂養(yǎng)后神經(jīng)元形態(tài)發(fā)生變化。因此，我們假設(shè)在HFD喂養(yǎng)后DA神經(jīng)元形態(tài)也發(fā)生變化，并且FGF21或格列本脲處理可以減弱這些變化。為了測(cè)試這一假設(shè)，課題組進(jìn)行了高爾基體染色并觀察了FGF21處理后VTA中DA神經(jīng)元的樹(shù)突狀分支。通過(guò)比較不同組的樹(shù)突分支，課題組發(fā)現(xiàn)HFD喂養(yǎng)組具有比普通食物喂養(yǎng)的小鼠更少的分支，但FGF21處理防止了這種差異。除了分支數(shù)量外，在HFD喂養(yǎng)組中觀察到索馬面積和胞體直徑減少。有趣的是，長(zhǎng)期FGF21施用增加了兩個(gè)胞體的面積和直徑。還在格列本脲處理的小鼠中評(píng)估神經(jīng)元形態(tài)。格列本脲處理的結(jié)果類似于FGF21處理，因?yàn)榕cHFD組相比，HFD+格列本脲組中的樹(shù)突狀分支增加。格列本脲處理也防止了由HFD喂養(yǎng)引起的胞體面積和直徑減小。因此，這組實(shí)驗(yàn)表明：FGF21和格列本脲使用改善了HFD喂養(yǎng)的小鼠中的神經(jīng)元復(fù)雜性缺陷。

圖10 棕色脂肪組織中KATP通道的激活可能通過(guò)糾正VTA^DA神經(jīng)元中FGF21受體的表達(dá)來(lái)減輕抑郁樣癥狀

用HFD喂養(yǎng)小鼠12周，然后用棕色脂肪組織中的FGF21蛋白長(zhǎng)期處理17天。FGF21治療逆轉(zhuǎn)HFD誘導(dǎo)的代謝紊亂和抑郁樣行為。HFD誘導(dǎo)的FGF21受體失調(diào)、DA神經(jīng)元活性抑制和形態(tài)學(xué)改變均被FGF21治療所挽救。另外，棕色脂肪組織中KATP通道的激活增加了BAT中FGF21的釋放，并減輕了抑郁樣癥狀，這可能是由于其校正了FGF21受體表達(dá)、DA神經(jīng)元活性和形態(tài)學(xué)改變的原因。

綜上所述，本文揭示了FGF21治療逆轉(zhuǎn)HFD誘導(dǎo)的代謝紊亂和抑郁樣行為。并且HFD誘導(dǎo)的FGF21受體失調(diào)如FGFR1和KLB下調(diào)異常、DA神經(jīng)元活性抑制和形態(tài)學(xué)改變等情況均能被FGF21治療所挽救。同時(shí)本次研究同樣發(fā)現(xiàn)格列本脲有FGF21類似作用，但兩者之間的調(diào)控機(jī)制卻未在本次實(shí)驗(yàn)中闡明。

文章來(lái)源

https:///10.1016/j.lfs.2023.121900 

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