小胶质细胞瘦素受体参与调节下丘脑瘦素信号网络发育的机制

Leptin is an important hormone for hypothalamic energy balance control. The loss of leptin signaling results in severe obesity and diabetes. In the classic view, leptin acts through leptin receptors in the key neurons located in the arcuate nucleus, to regulate appetite and energy expenditure. Previously, we reported for the first time that leptin receptor is expressed in microglia. Loss of function of leptin receptor in microglia results in disrupted neuronal projections from arcuate nucleus to paraventricular nucleus, and therefore causes hyperphagia and obesity. Based on these findings, we want to further elaborate the mechanism behind. We are aiming to establish an inducible microglia specific leptin receptor knockout mouse model, and induce the leptin receptor knockout at various time windows which are vital for hypothalamic development, and then observe the microglia synaptic pruning function, the development of leptin signaling network and in vivo metabolic phenotypes via neuronal tracing, morphology, metabolic cages and ex vivo culture, to test the hypothesis: The development of hypothalamic leptin signaling network requires microglial leptin signal activated synaptic pruning function. This project will reveal the new mechanism of feeding circuits maturation and provide new therapeutic targets for the prevention of obesity and diabetes.

瘦素是参与下丘脑能量代谢控制的重要激素，瘦素信号缺失会导致严重的肥胖和糖尿病。传统观点认为，瘦素通过作用于弓状核神经元上的受体从而调节食欲与能量代谢。我们之前的研究首次报道了瘦素受体存在于小胶质细胞上，并且证明了小胶质细胞的瘦素信号缺失影响了弓状核神经元到室旁核神经元的投射，从而导致食欲旺盛和肥胖的发生。基于以上发现，本项目欲进一步探讨其中的机制，拟通过建立可诱导的小胶质细胞特异性瘦素受体敲除模型，在下丘脑发育的不同关键时间节点诱导瘦素受体敲除，通过神经元追踪，形态学，代谢笼、离体细胞培养等手段，检测瘦素信号对小胶质细胞的突触修剪功能的影响、观察瘦素信号网络发育情况及整体代谢水平，以验证科学假说：下丘脑瘦素信号网络的发育成熟依赖于小胶质细胞瘦素信号激活的突触修剪功能。此研究将揭示摄食环路发育的新机制，为糖尿病和肥胖的防治提供新的思路。

下丘脑的正常功能对于能量代谢至关重要，下丘脑功能失调与代谢性疾病，如肥胖症和糖尿病的发病机制相关。虽然近几十年来人们已经认识到小胶质细胞在大脑发育中的重要性，但它们在下丘脑发育中的具体作用仍不清楚。本项目旨在研究小胶质细胞在调节下丘脑神经环路发育中的意义，尤其是瘦素相关的信号通路在其中的作用机制。为此我们采用了包括使用基因敲除小鼠模型、药理干预以及形态学和行为学检测等一系列手段。我们的研究发现瘦素可以增强微胶质细胞的吞噬活性，并且缺乏瘦素受体的小鼠表现出代谢紊乱，同时存在性别差异。小胶质细胞在弓状核的关键神经元发育中扮演了重要角色。在关键的发育时间窗口出生后第二周，小胶质细胞通过调节神经元周围基质的可塑性和瘦素敏感性来调节AGRP神经元的发育。这导致P19小鼠的摄食行为增加以及成年后的一些代谢紊乱。此外在研究过程中，我们还发现在小胶质细胞研究领域中广泛使用的基因小鼠模型CX3CR1-Cre存在潜在问题，这可能会产生假阳性结果。CX3CR1-Cre纯合子动物由于肠屏障受损，免疫失调，可能和弓状核与中位隆起处的IgG积累相关，从而导致出生后早期小胶质细胞活性的增高。本研究揭示了小胶质细胞在下丘脑早期发育和瘦素信号中的作用以及它们对代谢调节和神经环路发育的意义。此外，从本项目也为预防和管理青少年早发性肥胖和其他代谢性疾病提供了的潜在治疗策略。