虽然脂肪是膳食中重要的能量来源，但摄入过多会导致肥胖。如今，随着高热量食物变得更丰富和便捷，肥胖已成为全球性的问题。根据2024年度《全球肥胖地图》，预计到2035年全球有近33亿成年人的BMI过高（超重和肥胖），占比达到54%。
大家都知道，肠道是脂肪吸收的主要部位。教科书普遍认为，脂肪吸收主要是一个被动扩散过程，发生在肠道上皮细胞，可以不受大脑控制自主运行。最近的研究发现，脑源性因子与小肠脂肪吸收之间存在潜在的关联。然而，脂肪吸收是否受到脑肠轴的控制，在很大程度上仍是未知数。
近日，上海交通大学医学院附属瑞金医院王卫庆教授和王计秋研究员领导的团队发现，脂肪吸收受到脑肠轴信号的调控。迷走神经运动背核（DMV）神经元的失活会抑制空肠内的脂肪吸收。他们还发现，葛根素这种天然化合物能抑制DMV-迷走神经通路，进而减少脂肪吸收。这项研究成果于9月11日发表在《Nature》杂志上，未来有望改变肥胖和代谢疾病的治疗。
研究材料与方法
在这项研究中，研究人员采用一种基于GPCR的化学遗传学技术DREADDS使DMV神经元失活，并评估了DMV失活后的粪便游离脂肪酸含量、空肠和粪便的甘油三酯水平。他们还以葛根素为诱饵，开展了基于活性的蛋白质分析。之后，他们还通过冷冻电镜观察与葛根素结合的GABAA受体的结构。为了确定葛根素的作用机制，他们将Gabra1fl/fl小鼠（由赛业生物提供）与Phox2b-cre小鼠杂交，构建出Gabra1条件性基因敲除（cKO）小鼠。
技术路线
01
利用DREADDS技术使DMV神经元失活，并评估失活对肠道脂肪吸收的影响
02
通过电生理学等分析，发现调控DMV神经元的天然化合物葛根素
03
通过光交联和冷冻电镜观察葛根素-GABAA受体的结构，确定葛根素的作用机制
04
通过化学遗传操作发现投射到空肠的DMV神经元可直接调控脂肪吸收
研究结果
1
DMV调控空肠的脂肪吸收
考虑到DMV在脑肠轴通路中发挥核心作用，研究人员首先评估了DMV神经元失活对肠道脂肪吸收的影响。利用DREADDS技术和Phox2b-cre小鼠，他们特异性地靶向DMV中的PHOX2B神经元，并利用CNO使小鼠体内的DMV神经元失活。与对照组小鼠相比，DMV神经元被抑制的小鼠（Px2b-4i）在喂食高脂食物后体重增加较少（图1）。
同时，Px2b-4i小鼠在灌油后血浆甘油三酯水平较低，粪便脂肪排泄较多，且空肠脂肪吸收较少（图1），表明DMV抑制导致空肠脂肪吸收减少。为了证实这些肠道表型不是由表达Phox2b的其他神经元失活引起的，他们进一步对Chat-cre小鼠的DMV神经元进行了化学失活。后续观察到的结果与Px2b-4i小鼠的表型一致。这些结果表明，DMV的活性在调控空肠脂肪吸收方面起着关键作用。
2
葛根素抑制DMV神经元的活性
为了鉴定调控DMV神经元的化学分子或天然化合物，研究人员接着利用小鼠脑干切片开展药理处理和电生理学分析。他们发现，葛根素（puerarin）会显著降低DMV神经元的动作电位频率，这种天然化合物已被批准用于心脑血管疾病的治疗。
由于葛根素可穿过血脑屏障，他们在高脂饮食小鼠的腹腔内注射葛根素，发现它降低了小鼠体重增加，降低了血浆甘油三酯水平，增加了粪便脂肪排泄，并抑制了空肠脂肪吸收。值得注意的是，葛根素的中枢给药也增加了粪便脂质含量，并降低了空肠的甘油三酯含量。这些结果表明，葛根素具有抑制DMV活性的作用，可导致空肠脂肪吸收的减少。
为了阐明DMV神经元抑制脂肪吸收的分子机制，他们接下来以葛根素为诱饵，开展了基于活性的蛋白质分析。他们合成了带有光反应标签的葛根素探针，通过光交联化学反应富集和观察目标蛋白（图2）。在筛选出的571个潜在目标蛋白中，只有14个候选蛋白属于膜受体和离子通道蛋白。
其中，GABRA1蛋白在DMV中大量表达，而在邻近脑区中较少表达，因此GABRA1被优先列为有希望的靶点。他们通过Western blot验证了探针标记的葛根素与GABRA1蛋白之间的相互作用。在DMV区域，探针标记的葛根素与GABRA1高度共定位（图2）。
GABAA受体是一类配体门控型离子通道，是脊椎动物神经系统中抑制性神经传递的主要决定因素。在表达α1β3γ2L GABAA受体的HEK293S细胞中，研究人员发现葛根素能放大GABA诱导的电流。通过冷冻电镜观察与葛根素结合的GABAA受体的结构后，他们解析了葛根素与GABAA受体结合的关键位点（图2）。这些结构数据以及电生理记录都证明葛根素是一种正向变构调节剂。
为了证实葛根素能通过DMV GABRA1抑制脂肪吸收，他们将Gabra1fl/fl小鼠（赛业生物提供）与Phox2b-cre小鼠杂交，构建出Gabra1条件性基因敲除（cKO）小鼠。与对照组小鼠相比，在Gabra1缺失的情况下，他们观察到DMV神经元活动增加、小鼠体重增加以及空肠脂肪吸收增加。葛根素对DMV神经元的抑制作用在Gabra1缺失的情况下大大降低。这些数据表明，葛根素通过与含有α1亚基的GABAA受体结合，对DMV-迷走神经轴产生抑制作用，进而调控脂肪的吸收。
3
DMV神经元控制空肠的微绒毛长度
DMV-迷走神经投射到胃肠道的不同区段。为了靶向投射到空肠的DMV神经元，研究人员将编码WGA-Cre的逆行AAV病毒注射到小鼠空肠，同时对投射到小鼠空肠的DMV神经元进行化学遗传操作（图3）。他们发现，与Phox2b-cre和Chat-cre小鼠一致，WGA-4i小鼠也表现出体重增加较少，粪便脂肪排泄较多，且空肠脂肪吸收较少（图3）。这些结果表明，投射到空肠的DMV神经元可以直接调控脂肪吸收和体重增加。
最后，研究人员探讨了葛根素和DMV-迷走神经轴如何影响脂肪的吸收。他们通过分析电子显微镜图像发现，在DMV神经元失活后，空肠微绒毛长度减少。同时，与对照小鼠相比，DMV失活小鼠中调控微绒毛的多个基因（包括Ezr、Cdc42、Eps8和Vil1）的表达水平显著降低。葛根素处理也缩短了微绒毛长度，并降低了相关基因的表达。这些结果说明，DMV-迷走神经通路通过影响空肠微绒毛长度来控制肠道脂肪吸收。
研究结论
这项研究发现了一条控制脂肪吸收的大脑（DMV）-肠道（空肠）通路。DMV神经元失活会通过缩短微绒毛的长度来控制空肠的脂肪吸收。具有临床意义的是，研究还发现天然化合物葛根素能够使DMV神经元失活，并通过GABAA受体抑制脂肪吸收，因此有望成为一种减肥药物。未来有必要开展临床研究，以确定葛根素在人体中的治疗作用和潜在副作用。
参考文献：