早期生命中，小胶质细胞对成年期血糖稳态的编程作用

本文揭示小鼠早期生命中，小胶质细胞（Microglia）可塑造下丘脑 - 胰腺 β 细胞连接，影响成年血糖稳态。

　　

引言

大脑在全身血糖稳态调节中发挥关键作用，其中下丘脑的特定神经元通过自主神经系统控制胰腺胰岛素和胰高血糖素的释放 。早期新生儿期的经历对成年后患 2 型糖尿病等疾病的风险有重要影响，营养因素也会影响中枢神经系统对代谢功能的控制，但下丘脑在这一关键时期检测代谢信号的传感器以及母源性营养不良影响血糖调节回路的细胞机制尚不清楚。

此前研究发现，改变小胶质细胞的炎症反应对全身血糖稳态有即时影响，但小胶质细胞在中枢神经系统血糖调节回路早期编程中的作用尚未明确。神经元回路发育涉及突触形成、成熟和稳定，小胶质细胞通过突触修剪和细胞外基质（ECM）重塑影响神经元回路组织，且下丘脑小胶质细胞的出现与下丘脑回路发育可能共同调控 。本研究旨在探究小胶质细胞在早期生命中对成年期血糖稳态的编程作用。

结果

1. 新生儿小鼠 MBH 中小胶质细胞的反应性：在新生儿期，依赖母乳营养的小鼠中，母鼠食用高脂饮食（HFD）或标准低脂饮食（LFD）。研究发现，从出生后第 8 天（P8）到第 16 天（P16），MBH（包含弓状核 ARC 和正中隆起 ME）中小胶质细胞数量和细胞体大小显著增加，而在相邻下丘脑区域（如腹内侧核 VMH、背内侧核 DMH、外侧下丘脑 LH）及远处脑区（如大脑皮层）无此变化。P28 断奶后，这种变化明显消退。母鼠哺乳期食用 HFD 会增强这种短暂的 MBH 小胶质细胞反应。
2. 母鼠 HFD 对小胶质细胞突触吞噬和 PNNs 形成的影响：小胶质细胞对出生后突触发生至关重要，可通过吞噬突触物质进行溶酶体降解来消除弱或不必要的突触。研究通过共聚焦显微镜和三维（3D）Imaris 重建发现，MBH 小胶质细胞的吞噬活性（以 CD68 阳性标记）和突触吞噬（以细胞内突触后密度蛋白 95，PSD - 95 标记）在 P16 达到峰值，断奶后（P28）下降。母鼠食用 HFD 会使这些指标在 P16 进一步增强，P28 消退减少。同时，在 ARC 中，PNNs 在 P8 - P16 开始出现并持续生长，小胶质细胞会吞噬 PNN 核心蛋白聚集蛋白聚糖，且母鼠 HFD 会增加这种吞噬作用。这表明母鼠饮食会影响 MBH 小胶质细胞对突触和 PNN 的吞噬，此时正是调节外周代谢稳态的下丘脑回路发育的关键时期。
3. 早期生命中消耗小胶质细胞对 ARC 中 PNNs 积累和成年期葡萄糖耐受的影响：使用 CSF1R 信号抑制剂 BLZ945 在 P6 - P16 消耗中枢神经系统小胶质细胞，结果显示 MBH 中 PNN 密度明显增加，表明小胶质细胞在早期下丘脑回路发育中对塑造 PNNs 很重要 。早期消耗小胶质细胞的小鼠断奶前体重增加较少，但断奶后体重迅速恢复正常。然而，8 周龄时的葡萄糖耐量测试（GTT）显示，P6 - P16 消耗小胶质细胞的小鼠成年后葡萄糖耐受能力显著下降，而 P21 - P31 消耗小胶质细胞的小鼠体重和葡萄糖耐受均不受影响。使用不能穿透中枢神经系统的 CSF1R 抑制剂 PLX73086 处理小鼠，不影响小胶质细胞数量、体重和成年葡萄糖耐受，进一步证明了上述结论。此外，早期生命中消耗小胶质细胞对雄性和雌性小鼠的影响存在性别差异，且母鼠 HFD 会增强这种影响，说明母源性营养成分可能对小胶质细胞参与下丘脑代谢回路的发育编程很重要。
4. 早期生命中小胶质细胞对成年期葡萄糖反应性胰腺胰岛素分泌的影响：P6 - P16 消耗小胶质细胞会恶化成年期葡萄糖耐受，但不影响胰岛素耐受（胰岛素耐受测试，ITT）和丙酮酸耐受（丙酮酸耐受测试，PTT），表明这一现象并非由全身胰岛素敏感性受损或肝脏葡萄糖生成过多导致。消耗小胶质细胞的小鼠在 8 周龄 GTT 期间血浆胰岛素水平低于对照组，但其胰腺胰岛的 β 细胞质量和葡萄糖刺激的胰岛素分泌（GSIS）动力学与对照组相似，提示早期生命中小胶质细胞可能通过影响中枢神经系统对胰腺葡萄糖反应的调节能力，而非影响 β 细胞发育或功能成熟来发挥作用。
5. 早期生命中小胶质细胞对 β 细胞区与下丘脑之间自主连接的编程作用：利用表达 Cre 诱导型 GFP 报告基因和胸苷激酶的新一代伪狂犬病病毒（PRV - Ba2001），注入小鼠胰岛素基因（Ins1）启动子（MIP） - Cre^ERT小鼠胰腺，可追踪 β 细胞区与下丘脑神经元之间的突触连接。结果发现，P6 - P16 短暂消除小胶质细胞会显著减少 8 周龄小鼠 ARC 和 PVH 中与 β 细胞区多突触连接的神经元数量，其中 54% 的连接神经元为 ARC 中的 AgRP 神经元。这表明早期新生儿期小胶质细胞有助于中枢神经系统在成年期正确调节葡萄糖反应性胰腺胰岛素分泌，通过确定包括参与葡萄糖感知的下丘脑神经元与胰腺 β 细胞区的连接来实现。

讨论

1. 下丘脑小胶质细胞作为生理适应性细胞：过去认为下丘脑小胶质细胞的反应性是对饮食诱导的下丘脑损伤的有害反应，但本研究表明，小胶质细胞不仅参与成年期中枢神经系统对全身血糖稳态的急性调节，还在早期生命中塑造突触连接，影响断奶后中枢神经系统对血糖的调节能力。这支持了小胶质细胞在发育中的下丘脑是辅助细胞而非损伤细胞的观点，对理解小胶质细胞在成年下丘脑的作用也有重要意义。
2. 小胶质细胞对发育中 MBH 突触和 PNNs 的塑造作用：小胶质细胞在调节神经元存活和建立神经布线模式中起关键作用，在 MBH 中，P16 左右的反应性小胶质细胞会积极参与突触吞噬，与 AgRP 和 POMC 轴突投射的发育同步 。母鼠饮食影响小胶质细胞吞噬活性的信号尚待确定。此外，虽然在新生儿小鼠大脑皮层未观察到反应性小胶质细胞，但不能排除新生儿小胶质细胞对母鼠 HFD 的反应在其他脑区存在的可能性。小胶质细胞还参与 PNNs 的重塑，调节其形成和降解的平衡。PNNs 在调节葡萄糖稳态中可能起作用，本研究发现出生后消耗小胶质细胞会导致 MBH 中 PNNs 积累，这与小胶质细胞通过重塑 PNN 依赖的突触可塑性影响 AgRP 产后发育的观点一致，但小胶质细胞对新生儿 PNN 丰度的调节与瘦素敏感性之间的因果关系仍需进一步研究。
3. 由小胶质细胞编程的脑 - β 细胞回路发育：本研究揭示早期新生儿期小胶质细胞对从 MBH 发出的与 β 细胞区相连的传出葡萄糖调节回路的功能发育至关重要，但未来还需关注更多脑区的神经元亚群以及小胶质细胞对大脑与其他调节葡萄糖稳态的外周代谢器官之间突触连接编程的作用。此外，中枢神经系统编程的改变导致的心血管代谢疾病风险增加存在性别差异，本研究中早期生命中消耗小胶质细胞对成年期葡萄糖稳态的影响在雄性小鼠中更明显，这可能与小胶质细胞分化、基因表达和吞噬活性的性别差异有关，后续需进一步研究小胶质细胞在早期生命中塑造下丘脑葡萄糖调节突触的性别特异性方式。

研究局限性

本研究存在一定局限性，目前无法确定新生儿期消耗小胶质细胞后成年小鼠脑 - β 细胞突触连接减少是否是胰岛素分泌受损和成年葡萄糖耐受不良的具体原因，也无法证明脑 - β 细胞突触连接减少是 MBH 中 PNN 密度改变的直接后果。由于现有工具和技术的限制，难以开展相关研究，但未来应进一步探索新生儿期小胶质细胞调节的潜在脑葡萄糖调节回路。