不同脑区介导GIPR激动或拮抗调控食物摄入的效应

《Nature Metabolism》：Distinct brain regions mediate regulation of food intake in response to GIPR agonism or antagonism

　　

胰高血糖素样肽-1受体(GLP-1R)与葡萄糖依赖性促胰岛素多肽受体(GIPR)双激动剂的开发是治疗2型糖尿病与肥胖领域的里程碑进展。然而在临床前与临床研究中，在GLP-1R激动剂基础上联用GIPR激动剂或GIPR拮抗剂均可引起额外体重减轻，其机制尚未完全阐明。研究人员通过在小鼠最后区(AP)或下丘脑特异性敲除Gipr（分别记为GiprAP-KO与Giprhypo-KO），比较GIPR激动剂与拮抗剂单独及联合GLP-1R激动剂利拉鲁肽(liraglutide)干预下的体重与食物摄入反应。GiprAP-KO小鼠对饮食诱导肥胖部分抵抗，对酰基-GIP(acyl-GIP)的食欲抑制效应反应性降低，且acyl-GIP预防肽YY(PYY)诱发回避行为的能力减弱。利拉鲁肽在GiprAP-KO与对照小鼠中体重减轻效应相当，联用GIPR拮抗剂肽在两组中均引起相似额外体重减轻。相比之下，Giprhypo-KO小鼠对acyl-GIP的食欲抑制正常，但利拉鲁肽诱导体重减轻增强；Giprhypo-KO还消除了GIPR拮抗剂联合利拉鲁肽的协同效应，该效应非孤束核(NTS)前胰高血糖素原(preproglucagon)神经元介导。GIPR拮抗与Giprhypo-KO亦增敏卡格列净肽(cagrilintide)诱导的体重减轻。综上，结果表明AP负责GIPR激动的食欲抑制效应，而下丘脑GIP受体介导GIPR拮抗增强GLP-1R与淀粉样蛋白受体激动剂体重减轻的能力。

该研究发表于《Nature Metabolism》，旨在解析GIPR（葡萄糖依赖性促胰岛素多肽受体）激动与拮抗均能在联合GLP-1R（胰高血糖素样肽-1受体）激动治疗时产生额外减重效应的矛盾现象及其中枢机制。目前临床与临床前证据显示，无论是Tirzepatide类的GIPR/GLP-1R双激动剂，还是如Maridebart cafraglutide这类偶联GIPR拮抗抗体的分子，均能较单一GLP-1R激动带来更优减重效果，但GIP生物学具多模态特征，同一受体激动与拮抗何以产生相似协同效应长期不明。既往提示中枢Gipr表达细胞群具异质性与不同生理角色，脑干最后区（area postrema, AP）GABA能神经元及下丘脑均表达Gipr并参与摄食调节，而GIPR拮抗减重是否依赖相同群群尚无定论，且GIPR激动具抗恶心（anti-emetic）效应亦指向AP参与。因此研究人员通过区域特异性敲除中枢不同部位Gipr，明确介导激动与拮抗效应的分立脑区及其在联合治疗中的功能。

为开展研究，关键技术与样本来源包括：采用floxed Gipr小鼠（Gipr^fx/fx）模型，通过立体定位注射编码Cre重组酶或GFP的腺相关病毒（AAV）实现AP与下丘脑（侧重室旁核PVN）区域性Gipr敲除，设对应GFP对照组；采用饮食诱导肥胖（DIO）雄性小鼠及普通饲料（chow）喂养小鼠；使用药理学干预：皮下给予acyl-GIP（GIPR激动剂）、利拉鲁肽（LIRA, GLP-1R激动剂）、GIPR拮抗肽、Cagrilintide（Cagri, 长效淀粉样蛋白类似物）；结合代谢笼监测摄食、呼吸交换比（RER）、能耗与活动；在体cFos标记神经元激活、离体脑片cAMP荧光共振能量转移（FRET）成像；条件性味觉回避（CTA）检测厌恶行为；采用Ppg-Cre小鼠联合AAV-DTA双侧注射消融NTS preproglucagon（Ppg）神经元以探通路交互；所有操作经英国动物实验伦理审批并按ASPA 1986执行。

Main

研究人员首先验证AP靶向Gipr敲除（Gipr^AP-KO）效果与基础表型。免疫荧光确认AAV-Cre/TdTomato与GFP定位于AP。普通饲料下Gipr^AP-KO与对照在体重、瘦体重、脂肪量、腹腔葡萄糖耐量试验（IPGTT）与摄食无差异；而45%高脂饮食（HFD）诱导肥胖（DIO）模型中，Gipr^AP-KO体重增幅减小、脂肪量降低、HFD摄入减少、RER降低，能耗与活动无变，提示AP中Gipr表达GABA能神经元参与饮食性肥胖抵抗。acyl-GIP在对照组AP诱导cFos上调，该效应在Gipr^AP-KO几乎消失；离体脑干切片中acyl-GIP引起AP内Gipr-Cre×CAMPER小鼠细胞cAMP水平上升（FRET YFP/CFP下降，为IBMX+forskolin最大响应17±1%），证实GIP直接激活AP神经元而非抑制。

在摄食与厌恶行为层面，acyl-GIP在普通与DIO对照组可减少暗期起始与禁食再饲（fast-refeed）摄食、降体重与RER，该效应在Gipr^AP-KO完全丧失；而acyl-GIP改善IPGTT在KO鼠保留，说明外周β细胞效应不受AP Gipr影响。条件性味觉回避（CTA）中，PYY诱发味觉回避，acyl-GIP在对照组阻断此回避，而在Gipr^AP-KO不能，下丘脑Gipr^hypo-KO则不影响该抗回避效应，表明AP Gipr介导GIPR激动的抗厌恶作用。慢性acyl-GIP治疗在DIO对照组减体重、摄食与脂肪量，在Gipr^AP-KO无效，综合说明AP内Gipr神经元介导GIPR激动的食欲抑制与抗恶心效应。

随后研究人员探讨AP Gipr是否调控GLP-1R激动与GIPR拮抗响应。DIO小鼠中利拉鲁肽（LIRA）在Gipr^AP-KO与对照引起相似体重、摄食与脂肪量下降，提示AP Gipr缺失本身不增敏GLP-1R激动。普通饲料转HFD并给药10天模型中，LIRA＋GIPR拮抗肽较LIRA单药额外减重，但在Gipr^AP-KO与对照间无差异，说明AP非GIPR拮抗作用靶区，与GABA能Gipr KO不阻断拮抗效应一致，但中枢突触素（synapsin）表达细胞缺失Gipr可削弱偶联分子减重，提示拮抗靶点位于脑内其他神经元群。

研究人员进而构建下丘脑特异性Gipr敲除（Gipr^hypo-KO，靶向PVN注射AAV-Cre）。Gipr^hypo-KO普通饲料体重正常，acyl-GIP摄食抑制与糖耐量改善保留，acyl-GIP在PVN诱导cFos在对照可见而在KO消失，但AP KO不影响PVN cFos，说明外周GIP激活下丘脑Gipr依赖通路。DIO转HFD并给予LIRA时，Gipr^hypo-KO较对照体重减轻更显著，表现为对GLP-1R激动增敏；联用GIPR拮抗肽在对照中较LIRA单药进一步增强减重，而在Gipr^hypo-KO无附加效应，表明下丘脑Gipr是GIPR拮抗联合GLP-1R激动协同减重所必需。

为探脑干Ppg神经元是否介导拮抗效应，研究人员用AAV-DTA双侧消融NTS内Ppg神经元（Ppg^NTS-Abl）。HFD下Ppg消融增加体重增益，GIPR拮抗可减弱之，但各治疗臂（VEH、GIPR-antag、LIRA、LIRA+antag）效应在消融组与对照无差异，说明GIPR拮抗协同GLP-1R激动不依赖NTS Ppg神经元。进一步用长效淀粉样蛋白受体激动剂Cagrilintide（Cagri），在野生型HFD小鼠中GIPR-antag与Cagri均减体重增益，联用更强；Gipr^hypo-KO中Cagri单药减重更持续且增强，提示下丘脑Gipr缺失亦增敏非肠促胰素类（amylin受体激动）减重，GIPR拮抗增敏效应跨类别至淀粉样蛋白通路。

讨论与结论总结

研究人员在讨论中指出，GIPR激动减重依赖AP内Gipr表达神经元，而GIPR拮抗增强GLP-1R或amylin受体激动减重依赖下丘脑Gipr，二者为分立中枢神经元群体，本研究用hSyn驱动Cre表达行区域敲除支持其为神经元性。GIPR拮抗协同效应不依赖中枢Ppg神经元源性GLP-1产生，且能对Cagrilintide增敏，为治疗探索提供新方向。未来需进一步明确AP与下丘脑Gipr神经元网络及其与摄食调控回路的交互。

结论部分译为：综上，结果表明最后区（AP）内GIPR介导GIPR激动的体重减轻效应，而下丘脑内GIP受体介导GIPR拮抗增强GLP-1R与淀粉样蛋白受体激动剂体重减轻效应的附加作用。尽管GIPR激动与拮抗相对利弊长期存疑，临床显示二者均能增强GLP-1R激动剂减重疗效。GIPR共激动（如Tirzepatide）与GIPR拮抗（如Maridebart cafraglutide，一种偶联抗GIPR拮抗单抗的双特异性杂交分子含两个GLP-1R激动肽）均有效治疗肥胖人群。先前化学遗传激活下丘脑或后脑GIPR表达细胞均抑摄食，且少突胶质细胞GIPR信号关联GLP-1R激动可及性增强；本研究阐明GIPR激动依赖后脑Gipr表达，拮抗依赖下丘脑Gipr表达，二者可能为神经元群（本研究区域敲除由hSyn驱动Cre表达）。虽组别规模较小，但结果显著可重复，效应量大、变异低。发现AP与下丘脑分立Gipr表达神经元分别介导激动与拮抗响应，一定程度解决激动拮抗结局相似的悖论。工作提示GIPR拮抗不要求中枢GLP-1产生，因Ppg神经元消融对减重影响甚微；GIPR拮抗增敏非肠促胰素类Cagri为治疗探索开新途径；未来仍需明确AP与下丘脑Gipr互作神经元网络及其与摄食回路串扰。