??
“眼—腦—棕色脂肪軸”介導(dǎo)光調(diào)節(jié)血糖代謝神經(jīng)機(jī)制示意圖。（作者供圖）
生命體是在太陽(yáng)輻照下歷經(jīng)數(shù)億年演化而來(lái)，并發(fā)展為精確而復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，用以動(dòng)態(tài)響應(yīng)外界環(huán)境，調(diào)節(jié)身體葡萄糖代謝。這種調(diào)控網(wǎng)絡(luò)在生命歷程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，以確保生物體能適應(yīng)不斷變化的環(huán)境條件。而光如何調(diào)控葡萄糖代謝機(jī)制仍然是一個(gè)待解答的問(wèn)題，包括解析這一過(guò)程中的感光細(xì)胞類(lèi)型、大腦神經(jīng)聯(lián)系，以及外周效應(yīng)器官。
為了研究光調(diào)控哺乳動(dòng)物葡萄糖代謝過(guò)程，我們的研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了葡萄糖耐受性測(cè)試，分別在夜行性的小鼠和晝行性的人類(lèi)中進(jìn)行。盡管人與小鼠在晝夜生理過(guò)程中表現(xiàn)出相反的現(xiàn)象，但我們的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)歷數(shù)小時(shí)光暴露后，人和小鼠的葡萄糖耐受性都顯著降低。這一現(xiàn)象不僅存在于白天，黑夜也如此。然而，這一生理現(xiàn)象的“光感受過(guò)程”具體發(fā)生在哪里？
哺乳動(dòng)物的光感受主要始于視網(wǎng)膜上的三類(lèi)感光細(xì)胞，它們?cè)诟兄h(huán)境中不同波長(zhǎng)范圍的光線(xiàn)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，并調(diào)控諸多生理功能。視錐細(xì)胞和視桿細(xì)胞感知環(huán)境光線(xiàn)負(fù)責(zé)圖像認(rèn)知的成像視覺(jué)功能。然而，視網(wǎng)膜中還存在第三類(lèi)感光細(xì)胞，即視網(wǎng)膜自感光神經(jīng)節(jié)細(xì)胞（ipRGCs），與大腦中諸多腦區(qū)存在神經(jīng)聯(lián)系，調(diào)控生物鐘、睡眠覺(jué)醒、情緒變化和認(rèn)知等非成像視覺(jué)功能。
對(duì)于哪類(lèi)感光細(xì)胞影響介導(dǎo)糖代謝耐受性問(wèn)題，我們的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)基因工程手段構(gòu)建了分別喪失視錐細(xì)胞、視桿細(xì)胞和ipRGCs感光能力的轉(zhuǎn)基因小鼠，經(jīng)葡萄糖耐受性測(cè)試發(fā)現(xiàn)僅在ipRGCs喪失感光能力的小鼠中，光不再抑制葡萄糖代謝耐受性，這說(shuō)明光對(duì)糖代謝抑制是由ipRGCs感光獨(dú)立介導(dǎo)的。
在大腦的下丘腦中與ipRGCs有密集連接的核團(tuán)，包括下丘腦視交叉上核（SCN）和視上核（SON）核團(tuán)。有研究表明，光照模式改變可以通過(guò)影響節(jié)律中樞SCN，導(dǎo)致生物鐘節(jié)律紊亂，從而間接影響葡萄糖代謝功能。
我們的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，光降低葡萄糖耐受性的過(guò)程與生物鐘節(jié)律系統(tǒng)無(wú)關(guān)，揭示了腦內(nèi)非節(jié)律系統(tǒng)神經(jīng)參與了光對(duì)血糖代謝調(diào)節(jié)。
機(jī)體對(duì)血液中葡萄糖的利用，很大一部分需要通過(guò)外周代謝器官來(lái)參與。我們的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，中縫蒼白核是介導(dǎo)該現(xiàn)象的重要節(jié)點(diǎn)。該核團(tuán)是調(diào)節(jié)棕色脂肪組織活性的交感前運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元聚集區(qū)，而棕色脂肪組織是一個(gè)重要的代謝器官，其主要作用之一是直接消耗葡萄糖產(chǎn)生熱量以維持體溫穩(wěn)態(tài)。
研究結(jié)果顯示，光能顯著降低棕色脂肪組織的產(chǎn)熱活動(dòng)。這一發(fā)現(xiàn)揭示了光通過(guò)神經(jīng)聯(lián)系調(diào)控棕色脂肪組織活性，導(dǎo)致葡萄糖代謝能力下降。
在志愿者中，我們的研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了類(lèi)似的研究，讓他們處于29℃的熱中性溫度條件下，此時(shí)棕色脂肪組織活性被顯著壓抑。結(jié)果顯示，光在這種條件下不再抑制志愿者的葡萄糖耐受性，表明光降低人體葡萄糖耐受性可能同樣是通過(guò)影響脂肪組織的活性來(lái)介導(dǎo)。
對(duì)人體研究結(jié)果顯示，晝夜節(jié)律會(huì)造成夜間人體糖代謝能力相較白天更低，在夜間有光暴露的條件下人體血糖代謝能力最差。
在工業(yè)化社會(huì)中，人類(lèi)長(zhǎng)時(shí)間夜晚暴露于人造光源之下，加上夜間飲食習(xí)慣給機(jī)體帶來(lái)雙重代謝負(fù)擔(dān)，進(jìn)而可能誘發(fā)代謝疾病。
（作者：薛天系中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部教授，孟建軍系中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心副研究員，沈嘉偉系中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心博士后研究員）
責(zé)任編輯：胡惠雯
