 肥胖是由不平衡的能量摄入和消耗引起的一种代谢紊乱的疾病。最近的研究也证明了肥胖和重度抑郁症之间的密切相关；然而，这种相关性的生理原因是未知的。由于快感缺失是抑郁症的主要症状，包括肥胖相关抑郁症，这种情况可能涉及奖励途径的失调。中脑边缘通路是最著名的奖赏通路之一，它包括腹侧被盖区（VTA）向伏隔核的多巴胺能（DA）投射。一项研究表明，抑郁症患者的奖赏回路活动减少，这种和其他奖赏回路活动减少的情况与抑郁症有潜在关系。 而FGF 21是肥胖和抑郁症之间的一个潜在联系分子，它是FGF家族的成员之一，主要由肝脏产生，在调节代谢状态中起着公认的作用。值得注意的是，动物中的FGF 21治疗可以通过改善能量消耗和胰岛素敏感性来逆转饮食诱导的肥胖和高血糖。在靶细胞中，FGF 21信号通过由FGFRl和共受体β-klotho（KLB）组成的细胞表面受体激活下游途径，这两者都在小鼠脑中广泛表达。已显示神经元中的此类FGF 21诱导的信号传导调节进食相关行为，包括碳水化合物摄入、甜食偏好和酒精偏好。值得注意的是，FGF 21最近也被认为是一种情绪调节剂。在一项研究中，双相情感障碍患者接受丙戊酸盐给药后，血浆FGF 21水平显著升高，这意味着FGF 21可作为情绪稳定剂。另一项小鼠研究显示，连续三天腹膜内FGF 21预处理显著减弱LPS诱导的抑郁样行为。虽然FGF 21似乎在控制情绪中发挥重要作用，但FGF 21对抑郁症神经底物的影响仍不清楚。因此，为了研究FGF21在调节肥胖相关的抑郁样行为中的作用，并探究何种药物分子通过什么方式能够激活FGF21调节肥胖诱导的抑郁行为，是本课题组关注的重点。
在此背景下，2023年07月28日国立成功大学陈培春课题组在Life Sciences上发文揭示了格列本脲促进HFD（高脂饮食）诱导的肥胖雄性小鼠肩胛间BAT(棕色脂肪组织)中FGF21的分泌并减轻抑郁样行为的机制。
图1 FGF21的长期施用减少代谢紊乱症状 首先，课题组对雄性小鼠进行12周的HFD喂养足以增加体重和抑郁样行为，为了确定FGF 21在HFD诱导的代谢紊乱和抑郁症中的作用，我们通过微量注射泵静脉输注用0.3mg/kg重组FGF21蛋白长期处理小鼠2周，然后每天一次腹膜内注射3 mg/kg重组FGF 21，持续4天。课题组根据饮食和FGF 21治疗与否将小鼠分成以下组：Chow、HFD、Chow+ FGF 21和HFD + FGF 21组。然后观察小鼠的代谢状态，结果显示，在微量注射泵植入后8天，体重显著降低，但食物摄入量不受影响，HFD + FGF21组也表现出更好的胰岛素和葡萄糖耐量水平高于HFD组。因此通过本实验，我们能总结FGF21治疗可以减轻代谢症状并改善能量消耗。
图2 长期使用FGF21改善能量消耗 课题组通过监测代谢笼中的小鼠来测量FGF21治疗后的能量平衡。与Chow对照相比，HFD组中的O2消耗（VO2）和CO2产生（VCO2）显著降低，但FGF21处理上调了暗相中的VO2，呼吸交换率（RER）在所有组之间保持相似，这组实验表明：FGF21能改善能量的消耗。
图3 长期注射FGF21可以缓解抑郁症状 本课题组进一步通过行为学实验探究FGF21与抑郁行为间的关系。通过糖水偏好实验、强迫游泳实验和旷场实验三种行为学实验对小鼠进行行为学观察。值得注意的是，与HFD组相比，HFD+FGF21组在糖水偏好实验中显示出对糖水的更高偏好，在强迫游泳中也表现出不动时间减少。本实验表明：FGF21治疗减轻了HFD诱导的抑郁样行为。
图4 FGF21注射恢复HFD诱导的伏隔核中儿茶酚胺的失调 由于抑郁性行为与快感消失有关，本实验进一步探索FGF21调节兴奋性神经递质的关系。我们发现HFD饲喂降低了DA代谢物、DOPAC和HVA，但FGF21处理显著增加了DOPAC和HVA水平。接下来，我们计算DOPAC与DA和DOPAC+HVA与DA的比率，作为DA神经元活性的指示。该分析的结果表明，FGF21的处理恢复了HFD喂养的小鼠中的DA神经元活性。
图5 FGF21的长期使用可以挽救HFD诱导的VTA中FGFRl和KLB的失调 课题组在上述实验的基础上进行探索FGF21调控机制，通过免疫荧光实验检测FGFR1和KLB的上调下调情况。已知FGFRl和KLB两者对于FGF21介导的信号传导是必需的。KLB是直接FGF21结合所需的，并且FGFRl是活性感受态亚基。我们的数据表明，在HFD喂养后，VTA的DA神经元中FGFRl表达水平增加，并且FGF21处理逆转了FGFRl的异常表达。相反，HFD组中DA神经元中KLB的表达水平显著低于食物组，并且FGF21的处理增加DA神经元中KLB的表达。总之，FGF21纠正DA神经元中FGF21受体的失调。
图6 格列本脲处理增加FGF21 mRNA水平并促进FGF21从BAT释放 接下来实验组通过，格列本脲处理的样品进行qPCR以确定在体内和体外棕色脂肪细胞中FGF21表达是否通过处理而增加。发现格列本脲处理后BAT中FGF21 mRNA表达确实增加。然而，VTA中FGF21 mRNA的水平与BAT中FGF21 mRNA的水平相比显著降低。和血浆FGF21在具有和不具有GB处理的HFD饲喂的小鼠中是相似的。因此，格列本脲上调BAT中的FGF21 mRNA表达和FGF21释放。
图7 在BAT长期使用格列本脲挽救HFD诱导的VTA中FGFRl和KLB失调 因为FGF21的治疗可以减少HFD诱导的抑郁样行为，可能是通过校正VTA中的FGF21受体表达。所以，课题组进一步测试了格列本脲处理BAT后VTA中FGFRl和KLB的表达水平。HFD组中FGFRl的表达水平显著高于食物组。在HFD组中KLB表达水平也降低，并且格列本脲处理增加了KLB表达水平。虽然目前尚不清楚格列本脲在BAT中的作用如何影响中枢神经系统，但我们的数据表明，HFD诱导的VTA中FGF21受体表达失调的可以通过格列本脲来纠正。
图8 在BAT中长期使用FGF21或格列本脲增加强迫游泳期间VTADA神经元活性 在进行强迫游泳实验后90分钟，染c-FOS和多巴胺能的神经元。通过计算腹侧被盖区c-FOS+、TH+细胞数，发现HFD喂养显著降低了c-FOS+、TH+细胞数。相比之下，FGF21处理增加了c-FOS+、TH+细胞数量。在强迫游泳期间。有趣的是，格列本脲处理显示出类似的结果，因为格列本脲处理显著增加了HFD喂养的小鼠中的c-FOS+、TH+细胞数量。本实验表明：FGF21和格列本脲处理促进VTA中的DA神经元活性方面有相似作用。
图9 在BAT中长期施用FGF21或格列本脲改变VTA中的神经元形态 先前的研究表明，在HFD喂养12周后，海马中的树突棘密度降低，这表明在HFD喂养后神经元形态发生变化。因此，我们假设在HFD喂养后DA神经元形态也发生变化，并且FGF21或格列本脲处理可以减弱这些变化。为了测试这一假设，课题组进行了高尔基体染色并观察了FGF21处理后VTA中DA神经元的树突状分支。通过比较不同组的树突分支，课题组发现HFD喂养组具有比普通食物喂养的小鼠更少的分支，但FGF21处理防止了这种差异。除了分支数量外，在HFD喂养组中观察到索马面积和胞体直径减少。有趣的是，长期FGF21施用增加了两个胞体的面积和直径。还在格列本脲处理的小鼠中评估神经元形态。格列本脲处理的结果类似于FGF21处理，因为与HFD组相比，HFD+格列本脲组中的树突状分支增加。格列本脲处理也防止了由HFD喂养引起的胞体面积和直径减小。因此，这组实验表明：FGF21和格列本脲使用改善了HFD喂养的小鼠中的神经元复杂性缺陷。
图10 棕色脂肪组织中KATP通道的激活可能通过纠正VTADA神经元中FGF21受体的表达来减轻抑郁样症状 用HFD喂养小鼠12周，然后用棕色脂肪组织中的FGF21蛋白长期处理17天。FGF21治疗逆转HFD诱导的代谢紊乱和抑郁样行为。HFD诱导的FGF21受体失调、DA神经元活性抑制和形态学改变均被FGF21治疗所挽救。另外，棕色脂肪组织中KATP通道的激活增加了BAT中FGF21的释放，并减轻了抑郁样症状，这可能是由于其校正了FGF21受体表达、DA神经元活性和形态学改变的原因。 综上所述，本文揭示了FGF21治疗逆转HFD诱导的代谢紊乱和抑郁样行为。并且HFD诱导的FGF21受体失调如FGFR1和KLB下调异常、DA神经元活性抑制和形态学改变等情况均能被FGF21治疗所挽救。同时本次研究同样发现格列本脲有FGF21类似作用，但两者之间的调控机制却未在本次实验中阐明。  https:///10.1016/j.lfs.2023.121900 特别鸣谢 |
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