第一节增食因子与临床

第一节增食因子与临床第一页，共十四页，2022年，8月28日一、增食因子的发现第二页，共十四页，2022年，8月28日

下丘脑是调控机体基本功能(如摄食、睡眠和生殖等)的重要部位，调控的分子机制尚不清楚，仅知下丘脑产生的神经肽的数量与下丘脑的功能远不相称。

1994年GregorSutcliffe的实验室开始寻找调控这些基本功能的分子。Sutcliffe及其同事寻找在下丘脑表达的基因。用下丘脑提取的mRNA建立一个单链cDNA文库，为了区分在大脑表达的普通基因与特异性在下丘脑表达的基因，他们将从其他两个脑的部位提取的mRNA与该文库混合在一起，大多数cDNA与这些mRNA配对形成双链分子，但是第38号片段找不到mRNA伴侣，仍然保持单链。其中尤其是“克隆35”基因引起了研究者的兴趣，因为它的mRNA只在外侧下丘脑的一些细胞丛中发现。由于这些细胞丛趋向于调节某些特殊功能，因此看来“克隆35”正是研究者所期望的“硬件”。Sutcliffe等推测“克隆35”能编码两种神经肽。由于这些肽产生于下丘脑，并且与肠降血糖素(incretin)相似，他们称之为下丘脑素(hypocretin)。第三页，共十四页，2022年，8月28日由于临床上使用的药物60％是作用于一个或者多个与G蛋白结合的受体，Yanagisawa的实验室正在寻找存在于脑中的一种与G蛋白耦联的孤儿受体(后来称之为OX1R）的配体。为此，他们构建了一些稳定表达这种孤儿受体的细胞株，并用高效液相色谱分离脑中的各组分，以检测哪些组分能够升高细胞内钙离子浓度。使用这些方法，他们分离出一种新型的神经肽，由于是位于与摄食有关的外侧下丘脑，因此取名“增食因子”(orexin)。后来发现实为两种分别为28个和33个氨基酸的肽，分别称之为增食因子A和增食因子B。第四页，共十四页，2022年，8月28日二、增食因子及其受体的解剖学分布

增食因子受体：OX1R，OX2R，属于G蛋白耦联受体，二者在氨基酸序列上有64%的同源性。解剖学研究显示，下丘脑外侧区(LHA)中的某些神经元发出许多突起支配包括伸向大脑皮层、边缘系统、脑干的单突触突起在内的整个中枢神经系统。现有研究表明，LHA整合有关营养稳态的信息，并将整合后的信息传递到脑的不同区域。免疫组化研究显示，在这些突起中包括含有增食因子的神经元。这可能是哺乳动物脑调节摄食行为的基本途径，因为细胞特异性地损伤LHA区可导致饮食减少。含两种增食因子的神经细胞体局限在外侧下丘脑区的穹隆周核。增食因子A神经纤维则除了密布于下丘脑，还分布在脑干、大脑皮层、丘脑的中部群、脑室周围组织、边缘系统，增食因子B神经纤维却较少分布在下丘脑，增食因子神经细胞体虽然位于与摄食有关的部位，但由于其有广泛分布的突起，说明增食因子还有其他作用。第五页，共十四页，2022年，8月28日

增食因子受体OXlR与OX2R分布并不一致。在下丘脑，OXlR主要限制在腹部基底部(VMH)及背基底部的下丘脑核群。而高水平OX2R则分布在室周核、VMH、弓状核及乳头状核。在杏仁核，OXlRmRNA在整个杏仁样复合物均有表达，其中在中部核群表达较高；而OX2R则仅在杏仁核的后皮质核有表达。在腹被盖区也有高水平的OX2RmRNA表达。两种增食因子受体在海马，一些丘脑核、丘脑下核均有表达。禁食20小时后，VMH及杏仁核中部的OXlRmRNA表达明显增高。在背中下丘脑核及杏仁核外侧部，禁食14小时内OXlR表达一过性减少，而在禁食20小时后表达增加。禁食后OXBRmRNA在弓状核表达增高，但在背中部下丘脑核、室周下丘脑核及杏仁核等处没有变化。这说明在没有食物时，两种增食因子受体参与不同的神经环路。第六页，共十四页，2022年，8月28日三、增食因子的生物学效应

（一）促进摄食

下丘脑外侧区（LHA）及其附近区域是与摄食有关的部位，而含有增食因子的神经元位于LHA，提示增食因子可能参与调节摄食。脑室内给药时，在1小时内增食因子A呈剂量依赖性地刺激摄食，给予3和30nmol增食因子A后，在2小时时间点分别增加摄食6倍和10倍，人增食因子B也明显增加摄食，给予3或30nmol，在2小时时间点，分别增加摄食5和12倍。增食因子B没有增食因子A的作用持久，在2小时后，即使更高剂量也只轻微刺激摄食。增食因子促进摄食的效应没有NPY强，但增食因子A的作用持续时间较NPY长。第七页，共十四页，2022年，8月28日脑室内给予抗增食因子A的多克隆抗体能呈剂量依赖性地抑制禁食所诱导的摄食。说明内源性增食因子参与生理性摄食。

脑室给予增食因子A所诱导的摄食行为被预先给予的神经肽Y受体特异性拮抗剂所抑制，说明增食因子诱导的摄食行为至少部分是由神经肽Y所介导。增食因子刺激释放促肾上腺皮质激素释放因子，而CRH已经被认为能减少食物摄取。由于存在增食因子-神经肽Y及增食因子-CRH联系，因此增食因子对摄食的影响是复杂的。增食因子的促进摄食作用有昼夜差别。慢性脑室内给予增食因子A能增加白天的摄食量，但夜间摄食量反而减少，24小时内的总进食量没有变化，体重及血糖、总胆固醇，脂肪酸均为正常。慢性给予增食因子并不引起大鼠肥胖。禁食48小时或急性低血糖，均能诱导前增食因子原mRNA表达增高。而慢性食物限制、糖尿病、因食物味美而增加摄食等则均不影响前增食因子mRNA表达。增食因子表达与体重变化没有相关性。说明增食因子主要参与调节短时能量平衡。第八页，共十四页，2022年，8月28日

(二)调节睡眠／觉醒接近20％的人有不同程度的睡眠障碍。睡眠机制现尚未阐明，已知睡眠／觉醒过程与昼夜节律有关，这种节律产生于下丘脑视交叉上核群。产生睡眠的分子及神经解剖学基础是什么?这一问题一直是神经科学工作者最感困惑的问题之一。嗜睡症是惟一在神经学上认可的睡眠障碍，发病率为1／2000。其特点是白天嗜睡，猝倒、睡眠分裂、催眠性幻想以及快速从觉醒状态转到快动眼睡眠。

Mignot的实验室检测9个嗜睡症病人脑脊液中增食因子A，发现7个病人的增食因子A低于检测水平，含有增食因子的神经元位于外侧下丘脑，发出轴突到中枢神经系统的许多部位，包括调节睡眠的主要神经核(如蓝斑)。所有参与调控睡眠的重要结构都接受增食因子的信号。使用定位克隆技术发现犬嗜睡症是由于OX1R的突变引起的。治疗嗜睡症的药物莫达非尼能激活嗜睡因子神经元。在脑室内给与增食因子后几个小时动物一直保持觉醒。这说明增食因子是重要的调节睡眠的神经递质，调节睡眠／觉醒状态。这为治疗嗜睡症提供了一个崭新的思路。第九页，共十四页，2022年，8月28日

视交叉前区／前下丘脑是与睡眠和昼夜节律有关的部位。有多种细胞群参与睡眠与觉醒。蓝斑去甲肾上腺素能细胞、中缝核5-HT能细胞、下丘脑等区域多巴胺能细胞、下丘脑后部的组胺能细胞等神经细胞兴奋性下降引起觉醒水平的降低，脑干及前脑基底部的乙酰胆碱能神经细胞的兴奋性降低同样也降低觉醒水平。增食因子的作用超出下丘脑，它能直接或间接抑制前脑基底部、杏仁核以及孤束核的促睡眠部位的由睡眠激活的神经元的活化。增食因子神经元的轴突伸到上述所有与睡眠／觉醒有关的神经细胞群。结合使用电生理和行为技术，发现中枢部位受增食因子神经纤维支配最为浓密的是蓝斑，而蓝斑是注意力的重要调节部位，蓝斑的去甲肾上腺素能神经元支配脑的其他部位，进而引起觉醒。增食因子A能增加蓝斑去甲肾上腺素能神经细胞的放电，增加觉醒和运动活性。这些研究说明增食因子A作用于多个部位，整合多种信息而参与调节睡眠觉醒环路。增食因子A及前增食因子原mRNA呈时相变化，这进一步说明增食因子参与调节睡眠／觉醒。第十页，共十四页，2022年，8月28日脑室内给予增食因子均能呈剂量依赖性地增加血浆中ACTH浓度，并升高CRH。CRH拮抗剂本身虽然对大鼠行为没有影响，但能阻断增食因子诱导的挠头和洗脸行为，表明增食因子的这些效应是由CRH介导的。皮下注射增食因子能刺激肾上腺分泌，从而升高血浆中皮质酮浓度，但不升高醛固酮浓度。这说明增食因子能激活下丘脑-垂体-肾上腺系统。大鼠静脉注射增食因子A后，下丘脑TRH的含量明显减少，血浆中TRH浓度趋向减少，血浆TSH水平呈剂量依赖性地降低；血浆甲状腺素浓度没有变化。体外实验显示增食因子A能剂量依赖性地减少大鼠下丘脑释放TRH，但不影响前部垂体释放TSH。这些发现提示增食因子A作用于下丘脑以抑制TRH的释放。

摄食障碍与生殖功能失调有关，一些调节摄食的因子可能影响生殖功能。给予增食因子到切除双侧卵巢的大鼠的第三脑室内，发现增食因子降低血浆中LH浓度，并减少其脉冲频率，但不影响脉冲幅度。这提示增食因子通过在下丘脑水平影响GnRH神经元，从而抑制LH的脉冲性分泌。(三)对内分泌的影响第十一页，共十四页，2022年，8月28日由于增食因子神经纤维及增食因子受体分布广泛，提示增食因子可能还有其他作用。事实上当中枢给药时，两种增食因子均明显增加大鼠自发性运动，还观察到挠头、湿狗样颤动、低体姿等现象。当脑室内给与时，增食因子明显增加大鼠水的摄取，说明它还参与调节饮水行为。在与心血管功能有关的几个延髓部位发现有增食因子A神经纤维。脑池内给予两种增食因子均呈剂量依赖性地增加大鼠平均动脉压和心率及血浆去甲肾上腺素浓度。说明增食因子影响交感神经活性并影响心血管功能。外侧延髓显微注射增食因子A，也大大增加平均动脉压和心率。增食因子还可作用于延髓神经元而加强心血管功能。给成年雌性大鼠皮下注射不同剂量增食因子A和增食因子B，均能升高血中胰岛素浓度，不过增食因子A较增食因子B作用持久。增食因子A还能增加血糖浓度，而增食因子B则无此作用。说明增食因子能直接影响胰岛分泌胰岛素。

(四)其他生理学／药理学作用第十二页，共十四页，2022年，8月28日四、增食因子与临床

肥胖症和睡眠障碍是现代社会的常见病。虽然发现增食因子才几年时间，但现有资料提示增食因子与肥胖症及嗜睡症均有密切联系。嗜睡症病人脑脊液中的增食因子明显减少。对增食因子的深入研究势必为治疗肥胖症及嗜睡症提供新的策略。就像胰岛素治疗糖尿病一样，模拟增食因子的药物可以治疗嗜睡症。并且假如增食因子可以保持觉醒或者作为睡眠的“守门人”，它们可能也能够消除正常睡意，就像Mignot开玩笑说：“只要我讲课时仍然有人打瞌睡，我就知道我还有工作要做”。相反，阻断增食因子作用的分子可能被用以开发成更好的催眠药。第十三页，共十四页，2022年，8月28日

慢性给予烟碱可以诱导大鼠下丘脑前增食因子原及增食园子受体表达增加。这可能解释为什么慢性吸烟者往往导致体重减轻。围绕增食因子系统的新药开发目前仍然困难重重，增食因子的药理学研究目前还在初期。用增食因子样药物治疗嗜睡症可能是最