Nat Metab | 王春梅/何彦林合作揭示下丘脑雌激素信号对哺乳期代谢适应的调控

摘要：哺乳期妈妈需要开源节流以提供足够的能量用于产奶哺育。这种代谢适应一般认为与哺乳期的低雌激素（E2）和高泌乳素（PRL）有关。E2和PRL既是生殖激素也是代谢激素。E2 抑制过度饮食同时促进能量消耗，而PRL正好相反，但是这些激素变化如何调控哺乳期代谢适应的神经

哺乳期妈妈需要开源节流以提供足够的能量用于产奶哺育。这种代谢适应一般认为与哺乳期的低雌激素（E2）和高泌乳素（PRL）有关。E2和PRL既是生殖激素也是代谢激素。E2 抑制过度饮食同时促进能量消耗，而PRL正好相反，但是这些激素变化如何调控哺乳期代谢适应的神经内分泌机制尚不清楚。

2025年4月10日，美国贝勒医学院（Baylor College of Medicine）的王春梅课题组和路易斯安那州立大学潘宁顿生物医学研究中心（Pennington Biomedical Research Center ，PBRC）的何彦林课题组合作在Nature Metabolism杂志上发表了题为Suppression of hypothalamic oestrogenic signal sustains hyperprolactinemia and metabolic adaptation in lactating mice的研究论文。该研究发现并证明下丘脑雌激素信号在哺乳期被抑制，并且该抑制作用维持了哺乳期的高泌乳素和代谢适应。这一发现揭示了哺乳期能量代谢的神经调控机制，同时也进一步增加了我们对哺乳期代谢调控的了解。

研究人员利用小鼠模型首先确定哺乳期小鼠确实表现出低E2，高PRL，多食和节能的表型。由于哺乳期母鼠和幼崽同笼，不适合用代谢笼测量母鼠的能量消耗，研究人员通过测量棕褐色脂肪组织（BAT）产热来反映母鼠的能量消耗，发现BAT产热在哺乳期确实减弱。E2主要通过作用于雌激素受体α（ERα）来调控能量代谢。下丘脑中的ERα神经元在能量代谢和生殖均有重要调控作用。研究人员利用ERα-ZsGreen小鼠模型标记ERα神经元，然后通过电生理技术直接找到并记录哺乳期小鼠下丘脑多个区域的ERα神经元的动作电位发放频率和E2诱导的神经元兴奋性。记录结果显示位于下丘脑内侧基底的ERα神经元（ERαMBH）其活力和对E2的兴奋性在哺乳期均被抑制。ERαMBH神经元主要包括下丘脑弓状核ERα神经元（ERαARH）和下丘脑腹内侧核的腹外侧区域的ER神经元（ERαvlVMH），其中ERαvlVMH 神经元兴奋性在哺乳期的被抑制程度更深。该实验结果表明被抑制的ERαMBH神经元在哺乳期有重要作用。

为了研究ERαMBH神经元的作用，研究人员利用了Cre-LoxP和脑部立体定位注射技术，注射AAV-Cre-GFP病毒到ERα-flox小鼠的MBH,从而特异地从ERαMBH神经元中敲除ERα基因而获得ERαMBH-KO小鼠。术后记录体重、摄食、BAT 温度和组织变化，并通过TSE PhenoMaster代谢笼检测能量消耗。实验结果表明，与对照组相比， ERαMBH-KO小鼠能量消耗降低、BAT产热降低、摄食增加、体重变重。对ERαMBH-KO小鼠血清中PRL的检测，发现ERαMBH-KO小鼠有高泌乳素症，并最后形成泌乳素瘤。高泌乳素症对生殖有很大的影响，研究人员进一步进行了生殖相关的检测，发现与对照组的小鼠相比，ERαMBH-KO小鼠表现出一系列哺乳期生殖表型，包括乳腺发育，生理周期停滞和生育力低下。

后续研究人员对ERαMBH-KO小鼠ERα敲除验证时，发现在vlVMH区均有敲除，而部分ARH区只有很少的ERα敲除，并且这些小鼠同样表现出代谢变化和高泌乳素症，因此研究人员推测vlVMH是参与调控的主要脑区。接下来，研究人员通过降低注射量且单侧脑区注射，而特异地只敲除ERαvlVMH神经元中ERα基因。实验结果表明单侧ERαvlVMH-KO小鼠同样存在高PRL并伴随乳腺发育。再结合ERαMBH-KO小鼠摄食增加是在PRL升高后出现的，这些结果表明ERαvlVMH神经元能够调控PRL水平，而代谢的变化可能是PRL升高引起的。至此研究人员对ERαMBH神经元的研究主要集中于ERαvlVMH神经元。

为进一步验证被抑制的ERαvlVMH神经元对哺乳期高PRL和代谢适应是必需的，研究人员利用Cre-LoxP和Designer receptors exclusively activated by designer drugs （DREADD）方法，在ERα-cre小鼠的ERαvlVMH神经元中特异地表达hM3Dq受体蛋白（ERαvlVMH-hM3Dq小鼠）。hM3Dq可以结合外源人工合成化合物clozapine N-oxide（CNO）从而激活神经元活性。与雄性小鼠交配而产生哺乳期ERαvlVMH-hM3Dq小鼠，通过对哺乳期ERαvlVMH-hM3Dq小鼠注射CNO而特异地只在哺乳期激活ERαvlVMH神经元。然后记录哺乳期ERαvlVMH-hM3Dq小鼠的体重、摄食、BAT 温度、检测血清中PRL水平。实验结果表明在哺乳期特异的激活ERαvlVMH神经元，能够降低PRL，抑制摄食并增加BAT产热。研究人员同时发现幼崽数量的减少，通过对哺乳期小鼠进行母性行为测试，发现母性行为有一定程度的损坏。实验结果表明被抑制的ERαvlVMH神经元对哺乳期高PRL的维持和代谢适应是必需的，并且利于小鼠正常的母性行为，从而确保幼崽的健康存活。

为进一步确定E2能够通过中枢系统抑制PRL，从而可以解释哺乳期低E2高PRL的表现。研究人员通过给小鼠植入有连接渗透泵的脑内室套管（ALZET brain infusion kit with osmotic pump），只对哺乳期小鼠通过脑室补充E2而使得E2直接作用于中枢，血清PRL的检测结果表明中枢的E2能够降低哺乳期小鼠的高PRL水平。

最后，研究人员探讨了ERαvlVMH神经元调控哺乳期代谢适应的分子机制和通路机制。一方面，研究人员利用电生理技术取得哺乳期和其对照组的多个单ERαvlVMH神经元，并进行单细胞测序而探讨了其分子机制。测序结果显示了哺乳期的ERαvlVMH神经元基因转录水平的变化。研究人员主要分析了离子通道，神经递质受体和激素受体的变化，并且筛选出了多个可研究的潜在基因。另一方面，研究人员利用顺行追踪病毒和逆行追踪病毒找到其下游的ARH的多巴胺神经元（DAARH）而确定了ERαvlVMH神经元-DAARH 神经元这一可调控PRL的神经环路，进而该环路通过PRL调控哺乳期代谢适应。

综上所述，该研究结合电生理技术，转基因小鼠模型，Cre-LoxP，DREADD，整体动物代谢相关参数记录，行为学，脑室给药，单细胞测序和病毒追踪等发现并证明下丘脑ERαvlVMH神经元在哺乳期被抑制并通过改变基因转录组，从而维持高水平PRL和多食节能的代谢适应。这种PRL的调控在一定程度上是通过E2-ERαvlVMH神经元-DAARH神经元-PRL这一神经内分泌过程实现的。