Kisspeptin影响下丘脑弓状核食欲和能量代谢的表观遗传调控机制研究

It is a close relationship between energy metabolism and reproduction. The arcuate nucleus(ARC) in the hypothalamus is the central part in control of energy metabolism and reproduction. Kisspeptin neuron in the ARC is the molecular regulator of reproduction. Our previous research found that adiponectin, a metabolic factor, can effect on reproduction by regulating kisspeptin. A few more recent reports showed that kisspeptin can also modulate metabolism. However, the mechanism of kisspeptin acts on central appetite and energy metabolism remains unclear. The epigenetic regulation mechanism may be one of the possible mechanisms. This study aims to observe epigenetic mechanism of regulation of kisspeptin on the transcription of POMC and AgRP/NPY that are believed as central appetite factors by acetylation and DNA methylation. Kisspeptin neurons of Kiss1-Cre mice will be specifically activated by chemogenetic method, and the change of appetite and its epigenetic mechanism will be observed. Further, the effects of kisspeptin on its appetite and its epigenetic mechanism will be observed in mice with conditional knockout of kisspeptin receptor in POMC and AgRP neurons. This study will play a critical role in the prevention and exploration new treatments for the metabolic diseases associated with reproductive disorder.

能量代谢与生殖关系密切，下丘脑弓状核（ARC）是体内能量代谢和生殖调控的中枢部位，ARC的kisspeptin神经元是调控生殖的分子阀门，我们前期研究发现代谢因子脂联素能调节kisspeptin影响生殖，最近报道kisspeptin也能调节代谢，但kisspeptin调节中枢食欲和能量代谢的机制仍在探索，表观遗传调控机制是调控能量代谢的重要机制，本研究拟从乙酰化和DNA甲基化入手观察kisspeptin对食欲因子POMC和AgRP/NPY基因转录的表观遗传调控机制，然后用化学遗传学方法特异性激活Kiss1-Cre小鼠ARC的kisspeptin神经元，观察其食欲的变化及其表观遗传机制，并用POMC和AgRP神经元特异性敲除kisspeptin受体的小鼠，观察kisspeptin对其食欲的影响及其表观遗传机制。这对防治生殖异常相关的代谢病寻找新的治疗靶点具有重要意义。

超重和肥胖流行趋势愈加严峻，特别是随着世界老龄化进程，肥胖在女性中的发病率在一定程度上明显高于男性。近年研究发现，参与生殖调节的弓状核kisspeptin神经元随着女性年龄的增长其数量和结构发生也有明显改变，在能量代谢调控中也发挥着重要作用，但其确切机制仍未阐明。. 研究采用Kiss1-CreGFP小鼠。利用化学遗传学(DREADS)技术选择性激活Kiss1神经元和外科手术法去除iBAT交感神经支配等方法，探索ARC部位 Kisspeptin神经元激活调控能量代谢的机制。采用脑立体定向注射将AAV-DIO-hM3D(Gq)-mCherry病毒注入Kiss1-CreGFP小鼠脑内，该受体被CNO显著持续激活，神经元激活标志物c-fos表达明显增强。选择性激活Kisspeptin神经元对能量代谢的影响具有性别差异，促进雌鼠体重下降、糖代谢改善、能量消耗增加、肩胛间区棕色脂肪组织(iBAT)增加、腹股沟皮下白色脂肪sWAT减少(P<0.05)，交感神经活性增加（去甲肾上腺素NE浓度增高P<0.05、酪氨酸羟化酶荧光增强），棕色脂肪细胞数量和产热相关基因表达均显著增加(P<0.05)。而雄鼠没有明显的代谢表型。将雌鼠iBAT交感神经进行手术离断，进一步激活kisspeptinARC神经元发现：雌鼠代谢有益表型消失，体重增加，糖代谢受损，棕色脂肪激活失败，产热显著降低(P > 0.05)。. 我们得出的初步结论：化学遗传学可以相对特异性地激活小鼠下丘脑ARC的Kisspeptin神经元，激活后对能量代谢调控存在性别差异，主要促进雌鼠减轻体重，改善葡萄糖代谢，增加产热和耗散，增加棕色脂肪组织含量及产热，显著改善了高脂肪诱导的肥胖。中枢Kisspeptin神经元信号整合后调控外周交感神经活性，激活棕色脂肪产热调节能量代谢。而ARC部位Kisspeptin神经元的中枢环路机制目前仍在探索中。我们研究的初步结果对肥胖（尤其是女性肥胖）及相关代谢疾病的防控具有重要临床及科学意义。