低剂量二甲双胍通过脑内Rap1蛋白发挥降糖作用：揭示中枢神经系统调控血糖的新机制

推荐：为解决二甲双胍作用机制争议，研究人员开展中枢Rap1调控通路研究，发现低剂量二甲双胍通过抑制下丘脑VMH区SF1神经元中Rap1活性发挥降糖作用，该发现为糖尿病治疗提供新靶点，发表于《Science Advances》。

　　

糖尿病作为全球性健康难题，其一线用药二甲双胍虽应用60余年，作用机制却始终存在争议。传统观点认为其通过肝脏AMPK（腺苷酸活化蛋白激酶）通路抑制糖异生，但临床剂量下该机制难以完全解释其疗效。随着研究深入，肠道菌群调节、线粒体复合物抑制等外周机制相继提出，而作为全身代谢调控中枢的神经系统是否参与其中，却长期缺乏系统研究。这一科学谜题吸引了贝勒医学院（Baylor College of Medicine）研究团队的关注。

研究人员采用多学科技术手段展开攻关：通过Cre-loxP系统构建脑特异性Rap1基因敲除小鼠（Rap1^ΔCNS）和SF1神经元特异性敲除模型（Rap1^ΔSF1）；利用CRISPR-Cas9技术创建组成型激活Rap1^V12小鼠；结合脑室注射（ICV）和全身给药进行药效学评价；采用电生理技术记录VMH（下丘脑腹内侧核）SF1神经元活动；通过GTP pull-down检测Rap1活性变化；建立质谱分析方法定量组织药物浓度。研究队列包括高脂饮食诱导肥胖（DIO）小鼠、ob/ob小鼠和链脲佐菌素（STZ）诱导糖尿病模型。

选择性缺陷验证揭示关键靶点
在Rap1^ΔCNS小鼠中，低剂量二甲双胍（50-150 mg/kg）丧失降糖效果，而胰岛素、艾塞那肽等其他降糖药仍有效。剂量反应曲线显示该缺陷具有剂量特异性，当剂量≥200 mg/kg时降糖作用恢复，提示存在两种不同机制。药代动力学证实两组血清药物浓度无差异，排除吸收分布因素。

中枢给药证实神经调控通路
脑室注射极低剂量二甲双胍（1-10 μg）即可产生持续降糖效应，且不依赖摄食抑制。在ob/ob和DIO/STZ模型中同样有效，而外周注射等效剂量无效。分子检测显示该处理显著降低下丘脑Rap1-GTP水平，且在Rap1^ΔCNS小鼠中中枢给药无效，证实Rap1是必要介质。

组成型激活模型反向验证
表达持续激活突变体Rap1^V12的转基因小鼠（Rap1^CNSV12）出现空腹血糖升高和糖耐量受损。更重要的是，二甲双胍在此类小鼠中丧失改善糖耐量的能力，证明Rap1激活状态决定药物敏感性。

VMH神经元机制解析
c-Fos染色显示二甲双胍特异性激活VMH区而非其他核团。电生理记录揭示1-100 μM二甲双胍即可使76.6%的SF1神经元去极化，该效应在Rap1缺失神经元中消失。VMH靶向实验证实，局部注射AAV-Rap1^V12可阻断二甲双胍疗效，而SF1神经元特异性敲除Rap1则模拟出药物效应。

这项研究首次阐明二甲双胍通过下丘脑VMH区SF1神经元中的Rap1信号通路发挥降糖作用，为"脑-外周"协同调控血糖提供了直接证据。特别值得注意的是，该机制在临床相关低浓度（脑内1-10 μM）下起主导作用，而高浓度时外周机制才显效，这合理解释了长期存在的剂量效应争议。发现不仅拓展了对二甲双胍作用模式的认识，更揭示了Rap1作为中枢血糖调控节点的治疗潜力，为开发靶向神经系统的新型降糖药奠定理论基础。未来研究可进一步探索Rap1下游效应器及与已知AMPK等通路的交叉对话，推动糖尿病精准治疗的发展。