糖皮质激素与盐皮质激素受体在斑马鱼慢性应激模型中调控葡萄糖代谢通路的稳定同位素示踪研究

本研究通过稳定同位素示踪技术（U-13C-glucose）揭示糖皮质激素受体（GR）与盐皮质激素受体（MR）在斑马鱼慢性皮质醇刺激下对中枢（脑）及外周（肝脏）葡萄糖代谢的协同调控机制。结果显示GR与MR通过组织特异性方式驱动三羧酸循环（TCA）中间产物生成、乳酸/谷氨酰胺（Gln/Glu）合成等代谢重编程过程，为应激状态下能量分配策略提供了分子层面新见解。

　　

引言

脊椎动物应激反应的核心调控轴——下丘脑-垂体-肾上腺轴（HPA轴）通过释放糖皮质激素（GCs）介导代谢适应。硬骨鱼类中皮质醇（cortisol）作为主要GC，通过高亲和力盐皮质激素受体（MR）与低亲和力糖皮质激素受体（GR）协同调控能量代谢。近年研究发现斑马鱼（Danio rerio）缺失MR或GR均会导致葡萄糖代谢异常，但二者在组织特异性代谢调控中的分工尚未明确。

方法

研究采用GR基因敲除（nr3c1^?/?）与MR基因敲除（nr3c2^?/?）斑马鱼模型，通过水环境暴露皮质醇（5 μg/mL，16 h）模拟慢性应激。腹腔注射全碳标记葡萄糖（U-¹³C-glucose）后1小时采集血清、肝脏及脑组织，利用液相色谱-质谱联用（LC-MS）分析¹³C标记代谢物在糖酵解、三羧酸循环（TCA）等通路中的富集情况，并通过质量同位素分布（MID）计算代谢流速率。

结果

1. 循环系统代谢特征

皮质醇刺激显著提升血清中M+3乳酸（~20%）与M+2 Gln/Glu（~5%）标记比例，表明葡萄糖向能量底物及生物合成前体转化。GR缺失组血清M+6葡萄糖富集度最高（~75%），提示GR参与外周组织葡萄糖摄取调控。MR缺失则导致内源性乳酸与Gln/Glu池显著扩大，反映受体对循环代谢物稳态的精细调控作用。

2. 肝脏代谢重构

皮质醇通过GR与MR协同促进肝脏糖酵解-三羧酸循环耦合：WT皮质醇组M+3苹果酸标记增加（TCA回补反应），M+2 Gln/Glu生成增强（α-酮戊二酸cataplerosis）。GR缺失使乳酸/葡萄糖比率升高且苹果酸/乳酸比率下降，表明糖酵解通量增加而TCA消耗受阻；MR缺失仅引起后者变化，证实GR主导糖酵解而MR调控TCA通量。

3. 脑代谢特异性

脑组织表现出高强度葡萄糖利用（M+3丙酮酸标记达46%）。GR缺失进一步强化糖酵解通量（M+3乳酸~40%），但降低M+2柠檬酸标记（~0.7%），提示GR对脑氧化代谢的抑制作用。皮质醇通过MR激活促进磷酸丝氨酸通路（L-丝氨酸合成）及酪氨酸积累（儿茶酚胺前体），同时降低组氨酸池，表明CRs参与神经递质前体代谢重编程。

讨论

本研究首次通过¹³C同位素示踪揭示GR与MR在慢性应激中的互补功能：GR主导外周葡萄糖动员与脑糖酵解，MR调控TCA循环通量与神经代谢物平衡。组织特异性表现为——肝脏需要GR与MR共激活以维持TCA回补（M+3苹果酸）与Gln/Glu合成，而脑内任一受体激活即可保障神经代谢需求。循环中Gln/Glu的生成依赖双受体激活，提示其作为应激信号分子的潜在功能。研究为理解应激代谢综合征中能量分配机制提供了动态代谢流证据，也为靶向CRs的代谢疾病干预策略开辟新视角。