下丘脑POMC神经元Grb10基因对能量代谢的调控作用及机制研究

The hypothalamic neurons play key roles in coordinating appropriate endocrine, autonomic and behavioral responses to maintain energy homeostasis. Growth factor receptor-bound protein 10 (Grb10) is an adaptor protein that has previously been shown to negatively modulate insulin signaling. Our preliminary data showed that Grb10 is abundantly expressed in hypothalamic neurons. In addition, specific deletion of Grb10 in hypothalamic POMC neurons leads to profound lean phenotypes in mice, including lower body weight, higher energy expenditure and increased thermogenic gene expression in subcutaneous white adipose tissues. Furthermore, we found that Grb10 binds to leptin receptor and deletion of Grb10 in neuron cells enhances insulin and leptin signaling pathways. Based on these, we hypothesized that Grb10 negatively regulates leptin and insulin signaling in hypothalamic neurons to promote body weight gain. In the proposed studies, by using“loss- of-function” and “gain-of- function” strategies with multiple animal and cellular models, we aim to determine roles and mechanisms of Grb10 in POMC neurons on the regulation of browning and energy homeostasis. Our studies will help to identify a novel target to combat against obesity pandemic.

下丘脑在能量代谢调控中发挥了重要作用，Grb10是与受体酪氨酸激酶结合的接头蛋白和胰岛素信号通路负调控因子。我们发现Grb10高表达于小鼠下丘脑，并建立了下丘脑POMC神经元Grb10特异性敲除小鼠模型。预实验发现在正常饮食喂养下，与对照小鼠相比，Grb10敲除小鼠的体重减轻，能量消耗增加，皮下脂肪组织产热基因的表达增加。但导致这种表型的机制还不清楚。进一步研究发现Grb10能够与瘦素受体结合，敲低神经细胞中Grb10的表达增强了胰岛素和瘦素信号通路的敏感性，提示Grb10可能同时参与了胰岛素与瘦素信号通路的调控。本项目我们计划通过“loss-of-function”以及“gain-of-function”的研究策略，利用POMC神经元Grb10特异性敲除或过表达的多种小鼠模型结合细胞实验，深入研究POMC神经元Grb10对机体能量代谢的调控作用和机制。为抗肥胖药物靶点开发提供理论依据。

中枢神经系统，尤其是下丘脑，在机体能量代谢平衡的维持中起着至关重要的作用。生长因子受体结合蛋白 10 （Growth factor receptor binding protein 10, Grb10）可负向调节胰岛素信号通路和mTOR 信号通路。之前的研究表明外周组织中Grb10在机体能量代谢平衡的维持中起着不可或缺的作用，但是中枢神经系统中 Grb10 是否参与调节机体的能量代谢仍有待研究。 在本研究中，通过使用 POMC神经元中 Grb10 特异性敲除和过表达的小鼠模型，我们明确了POMC神经元中Grb10对小鼠整体能量代谢水平的影响，分析了Grb10对神经元细胞瘦素信号通路的作用，并探讨了其作用的分子机制。在小鼠 POMC 神经元中特异性 敲除 Grb10 能够增加高脂饮食摄入、降低能量消耗，从而促进肥胖。相反，在 POMC 神经元中过表达 Grb10 降低小鼠高脂饮食摄入、增加能量消耗、减轻肥胖。同时，POMC神经元 Grb10 敲除增加了小鼠在瘦素刺激下的食物摄入和体重，而 POMC神经元 Grb10 过表达降低了小鼠在瘦素刺激下的食物摄入和体重，提示 Grb10 是瘦素信号通路的正调控分子。电生理实验表明，Grb10 过表达能够增强瘦素对 POMC 神经元的激活作用。相反，Grb10 敲除减弱瘦素对 POMC 神经元的激活，这些结果进一步证明 Grb10 可增强瘦素的作用。可增强瘦素的作用。最后，我们通过体外细胞及分子实验发现， Grb10 能够直接与瘦素受体相结合，从而正向调控瘦素信号通路。本研究表明，Grb10通过增强POMC神经元瘦素敏感性，防止体重过度增长。本研究成果将为特异性调控下丘脑瘦素信号通路来治疗肥胖提供新的理论依据和靶点。