第一節(jié)增食因子與臨床

第一節(jié)增食因子與臨床第1頁(yè)，共14頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、增食因子的發(fā)現(xiàn)第2頁(yè)，共14頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

下丘腦是調(diào)控機(jī)體基本功能(如攝食、睡眠和生殖等)的重要部位，調(diào)控的分子機(jī)制尚不清楚，僅知下丘腦產(chǎn)生的神經(jīng)肽的數(shù)量與下丘腦的功能遠(yuǎn)不相稱。

1994年GregorSutcliffe的實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始尋找調(diào)控這些基本功能的分子。Sutcliffe及其同事尋找在下丘腦表達(dá)的基因。用下丘腦提取的mRNA建立一個(gè)單鏈cDNA文庫(kù)，為了區(qū)分在大腦表達(dá)的普通基因與特異性在下丘腦表達(dá)的基因，他們將從其他兩個(gè)腦的部位提取的mRNA與該文庫(kù)混合在一起，大多數(shù)cDNA與這些mRNA配對(duì)形成雙鏈分子，但是第38號(hào)片段找不到mRNA伴侶，仍然保持單鏈。其中尤其是“克隆35”基因引起了研究者的興趣，因?yàn)樗膍RNA只在外側(cè)下丘腦的一些細(xì)胞叢中發(fā)現(xiàn)。由于這些細(xì)胞叢趨向于調(diào)節(jié)某些特殊功能，因此看來(lái)“克隆35”正是研究者所期望的“硬件”。Sutcliffe等推測(cè)“克隆35”能編碼兩種神經(jīng)肽。由于這些肽產(chǎn)生于下丘腦，并且與腸降血糖素(incretin)相似，他們稱之為下丘腦素(hypocretin)。第3頁(yè)，共14頁(yè)，2023年，2月20日，星期一由于臨床上使用的藥物60％是作用于一個(gè)或者多個(gè)與G蛋白結(jié)合的受體，Yanagisawa的實(shí)驗(yàn)室正在尋找存在于腦中的一種與G蛋白耦聯(lián)的孤兒受體(后來(lái)稱之為OX1R）的配體。為此，他們構(gòu)建了一些穩(wěn)定表達(dá)這種孤兒受體的細(xì)胞株，并用高效液相色譜分離腦中的各組分，以檢測(cè)哪些組分能夠升高細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度。使用這些方法，他們分離出一種新型的神經(jīng)肽，由于是位于與攝食有關(guān)的外側(cè)下丘腦，因此取名“增食因子”(orexin)。后來(lái)發(fā)現(xiàn)實(shí)為兩種分別為28個(gè)和33個(gè)氨基酸的肽，分別稱之為增食因子A和增食因子B。第4頁(yè)，共14頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、增食因子及其受體的解剖學(xué)分布

增食因子受體：OX1R，OX2R，屬于G蛋白耦聯(lián)受體，二者在氨基酸序列上有64%的同源性。解剖學(xué)研究顯示，下丘腦外側(cè)區(qū)(LHA)中的某些神經(jīng)元發(fā)出許多突起支配包括伸向大腦皮層、邊緣系統(tǒng)、腦干的單突觸突起在內(nèi)的整個(gè)中樞神經(jīng)系統(tǒng)?，F(xiàn)有研究表明，LHA整合有關(guān)營(yíng)養(yǎng)穩(wěn)態(tài)的信息，并將整合后的信息傳遞到腦的不同區(qū)域。免疫組化研究顯示，在這些突起中包括含有增食因子的神經(jīng)元。這可能是哺乳動(dòng)物腦調(diào)節(jié)攝食行為的基本途徑，因?yàn)榧?xì)胞特異性地?fù)p傷LHA區(qū)可導(dǎo)致飲食減少。含兩種增食因子的神經(jīng)細(xì)胞體局限在外側(cè)下丘腦區(qū)的穹隆周核。增食因子A神經(jīng)纖維則除了密布于下丘腦，還分布在腦干、大腦皮層、丘腦的中部群、腦室周圍組織、邊緣系統(tǒng)，增食因子B神經(jīng)纖維卻較少分布在下丘腦，增食因子神經(jīng)細(xì)胞體雖然位于與攝食有關(guān)的部位，但由于其有廣泛分布的突起，說(shuō)明增食因子還有其他作用。第5頁(yè)，共14頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

增食因子受體OXlR與OX2R分布并不一致。在下丘腦，OXlR主要限制在腹部基底部(VMH)及背基底部的下丘腦核群。而高水平OX2R則分布在室周核、VMH、弓狀核及乳頭狀核。在杏仁核，OXlRmRNA在整個(gè)杏仁樣復(fù)合物均有表達(dá)，其中在中部核群表達(dá)較高；而OX2R則僅在杏仁核的后皮質(zhì)核有表達(dá)。在腹被蓋區(qū)也有高水平的OX2RmRNA表達(dá)。兩種增食因子受體在海馬，一些丘腦核、丘腦下核均有表達(dá)。禁食20小時(shí)后，VMH及杏仁核中部的OXlRmRNA表達(dá)明顯增高。在背中下丘腦核及杏仁核外側(cè)部，禁食14小時(shí)內(nèi)OXlR表達(dá)一過(guò)性減少，而在禁食20小時(shí)后表達(dá)增加。禁食后OXBRmRNA在弓狀核表達(dá)增高，但在背中部下丘腦核、室周下丘腦核及杏仁核等處沒(méi)有變化。這說(shuō)明在沒(méi)有食物時(shí)，兩種增食因子受體參與不同的神經(jīng)環(huán)路。第6頁(yè)，共14頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、增食因子的生物學(xué)效應(yīng)

（一）促進(jìn)攝食

下丘腦外側(cè)區(qū)（LHA）及其附近區(qū)域是與攝食有關(guān)的部位，而含有增食因子的神經(jīng)元位于LHA，提示增食因子可能參與調(diào)節(jié)攝食。腦室內(nèi)給藥時(shí)，在1小時(shí)內(nèi)增食因子A呈劑量依賴性地刺激攝食，給予3和30nmol增食因子A后，在2小時(shí)時(shí)間點(diǎn)分別增加攝食6倍和10倍，人增食因子B也明顯增加攝食，給予3或30nmol，在2小時(shí)時(shí)間點(diǎn)，分別增加攝食5和12倍。增食因子B沒(méi)有增食因子A的作用持久，在2小時(shí)后，即使更高劑量也只輕微刺激攝食。增食因子促進(jìn)攝食的效應(yīng)沒(méi)有NPY強(qiáng)，但增食因子A的作用持續(xù)時(shí)間較NPY長(zhǎng)。第7頁(yè)，共14頁(yè)，2023年，2月20日，星期一腦室內(nèi)給予抗增食因子A的多克隆抗體能呈劑量依賴性地抑制禁食所誘導(dǎo)的攝食。說(shuō)明內(nèi)源性增食因子參與生理性攝食。

腦室給予增食因子A所誘導(dǎo)的攝食行為被預(yù)先給予的神經(jīng)肽Y受體特異性拮抗劑所抑制，說(shuō)明增食因子誘導(dǎo)的攝食行為至少部分是由神經(jīng)肽Y所介導(dǎo)。增食因子刺激釋放促腎上腺皮質(zhì)激素釋放因子，而CRH已經(jīng)被認(rèn)為能減少食物攝取。由于存在增食因子-神經(jīng)肽Y及增食因子-CRH聯(lián)系，因此增食因子對(duì)攝食的影響是復(fù)雜的。增食因子的促進(jìn)攝食作用有晝夜差別。慢性腦室內(nèi)給予增食因子A能增加白天的攝食量，但夜間攝食量反而減少，24小時(shí)內(nèi)的總進(jìn)食量沒(méi)有變化，體重及血糖、總膽固醇，脂肪酸均為正常。慢性給予增食因子并不引起大鼠肥胖。禁食48小時(shí)或急性低血糖，均能誘導(dǎo)前增食因子原mRNA表達(dá)增高。而慢性食物限制、糖尿病、因食物味美而增加攝食等則均不影響前增食因子mRNA表達(dá)。增食因子表達(dá)與體重變化沒(méi)有相關(guān)性。說(shuō)明增食因子主要參與調(diào)節(jié)短時(shí)能量平衡。第8頁(yè)，共14頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

(二)調(diào)節(jié)睡眠／覺(jué)醒接近20％的人有不同程度的睡眠障礙。睡眠機(jī)制現(xiàn)尚未闡明，已知睡眠／覺(jué)醒過(guò)程與晝夜節(jié)律有關(guān)，這種節(jié)律產(chǎn)生于下丘腦視交叉上核群。產(chǎn)生睡眠的分子及神經(jīng)解剖學(xué)基礎(chǔ)是什么?這一問(wèn)題一直是神經(jīng)科學(xué)工作者最感困惑的問(wèn)題之一。嗜睡癥是惟一在神經(jīng)學(xué)上認(rèn)可的睡眠障礙，發(fā)病率為1／2000。其特點(diǎn)是白天嗜睡，猝倒、睡眠分裂、催眠性幻想以及快速?gòu)挠X(jué)醒狀態(tài)轉(zhuǎn)到快動(dòng)眼睡眠。

Mignot的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)9個(gè)嗜睡癥病人腦脊液中增食因子A，發(fā)現(xiàn)7個(gè)病人的增食因子A低于檢測(cè)水平，含有增食因子的神經(jīng)元位于外側(cè)下丘腦，發(fā)出軸突到中樞神經(jīng)系統(tǒng)的許多部位，包括調(diào)節(jié)睡眠的主要神經(jīng)核(如藍(lán)斑)。所有參與調(diào)控睡眠的重要結(jié)構(gòu)都接受增食因子的信號(hào)。使用定位克隆技術(shù)發(fā)現(xiàn)犬嗜睡癥是由于OX1R的突變引起的。治療嗜睡癥的藥物莫達(dá)非尼能激活嗜睡因子神經(jīng)元。在腦室內(nèi)給與增食因子后幾個(gè)小時(shí)動(dòng)物一直保持覺(jué)醒。這說(shuō)明增食因子是重要的調(diào)節(jié)睡眠的神經(jīng)遞質(zhì)，調(diào)節(jié)睡眠／覺(jué)醒狀態(tài)。這為治療嗜睡癥提供了一個(gè)嶄新的思路。第9頁(yè)，共14頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

視交叉前區(qū)／前下丘腦是與睡眠和晝夜節(jié)律有關(guān)的部位。有多種細(xì)胞群參與睡眠與覺(jué)醒。藍(lán)斑去甲腎上腺素能細(xì)胞、中縫核5-HT能細(xì)胞、下丘腦等區(qū)域多巴胺能細(xì)胞、下丘腦后部的組胺能細(xì)胞等神經(jīng)細(xì)胞興奮性下降引起覺(jué)醒水平的降低，腦干及前腦基底部的乙酰膽堿能神經(jīng)細(xì)胞的興奮性降低同樣也降低覺(jué)醒水平。增食因子的作用超出下丘腦，它能直接或間接抑制前腦基底部、杏仁核以及孤束核的促睡眠部位的由睡眠激活的神經(jīng)元的活化。增食因子神經(jīng)元的軸突伸到上述所有與睡眠／覺(jué)醒有關(guān)的神經(jīng)細(xì)胞群。結(jié)合使用電生理和行為技術(shù)，發(fā)現(xiàn)中樞部位受增食因子神經(jīng)纖維支配最為濃密的是藍(lán)斑，而藍(lán)斑是注意力的重要調(diào)節(jié)部位，藍(lán)斑的去甲腎上腺素能神經(jīng)元支配腦的其他部位，進(jìn)而引起覺(jué)醒。增食因子A能增加藍(lán)斑去甲腎上腺素能神經(jīng)細(xì)胞的放電，增加覺(jué)醒和運(yùn)動(dòng)活性。這些研究說(shuō)明增食因子A作用于多個(gè)部位，整合多種信息而參與調(diào)節(jié)睡眠覺(jué)醒環(huán)路。增食因子A及前增食因子原mRNA呈時(shí)相變化，這進(jìn)一步說(shuō)明增食因子參與調(diào)節(jié)睡眠／覺(jué)醒。第10頁(yè)，共14頁(yè)，2023年，2月20日，星期一腦室內(nèi)給予增食因子均能呈劑量依賴性地增加血漿中ACTH濃度，并升高CRH。CRH拮抗劑本身雖然對(duì)大鼠行為沒(méi)有影響，但能阻斷增食因子誘導(dǎo)的撓頭和洗臉行為，表明增食因子的這些效應(yīng)是由CRH介導(dǎo)的。皮下注射增食因子能刺激腎上腺分泌，從而升高血漿中皮質(zhì)酮濃度，但不升高醛固酮濃度。這說(shuō)明增食因子能激活下丘腦-垂體-腎上腺系統(tǒng)。大鼠靜脈注射增食因子A后，下丘腦TRH的含量明顯減少，血漿中TRH濃度趨向減少，血漿TSH水平呈劑量依賴性地降低；血漿甲狀腺素濃度沒(méi)有變化。體外實(shí)驗(yàn)顯示增食因子A能劑量依賴性地減少大鼠下丘腦釋放TRH，但不影響前部垂體釋放TSH。這些發(fā)現(xiàn)提示增食因子A作用于下丘腦以抑制TRH的釋放。

攝食障礙與生殖功能失調(diào)有關(guān)，一些調(diào)節(jié)攝食的因子可能影響生殖功能。給予增食因子到切除雙側(cè)卵巢的大鼠的第三腦室內(nèi)，發(fā)現(xiàn)增食因子降低血漿中LH濃度，并減少其脈沖頻率，但不影響脈沖幅度。這提示增食因子通過(guò)在下丘腦水平影響GnRH神經(jīng)元，從而抑制LH的脈沖性分泌。(三)對(duì)內(nèi)分泌的影響第11頁(yè)，共14頁(yè)，2023年，2月20日，星期一由于增食因子神經(jīng)纖維及增食因子受體分布廣泛，提示增食因子可能還有其他作用。事實(shí)上當(dāng)中樞給藥時(shí)，兩種增食因子均明顯增加大鼠自發(fā)性運(yùn)動(dòng)，還觀察到撓頭、濕狗樣顫動(dòng)、低體姿等現(xiàn)象。當(dāng)腦室內(nèi)給與時(shí)，增食因子明顯增加大鼠水的攝取，說(shuō)明它還參與調(diào)節(jié)飲水行為。在與心血管功能有關(guān)的幾個(gè)延髓部位發(fā)現(xiàn)有增食因子A神經(jīng)纖維。腦池內(nèi)給予兩種增食因子均呈劑量依賴性地增加大鼠平均動(dòng)脈壓和心率及血漿去甲腎上腺素濃度。說(shuō)明增食因子影響交感神經(jīng)活性并影響心血管功能。外側(cè)延髓顯微注射增食因子A，也大大增加平均動(dòng)脈壓和心率。增食因子還可作用于延髓神經(jīng)元而加強(qiáng)心血管功能。給成年雌性大鼠皮下注射不同劑量增食因子A和增食因子B，均能升高血中胰島素濃度，不過(guò)增食因子A較增食因子B作用持久。增食因子A還能增加血糖濃度，而增食因子B則無(wú)此作用。說(shuō)明增食因子能直接影響胰島分泌胰島素。

(四)其他生理學(xué)／藥理學(xué)作用第12頁(yè)，共14頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四、增食因子與臨床

肥胖癥和睡眠障礙是現(xiàn)代社會(huì)的常見(jiàn)病。雖然發(fā)現(xiàn)增食因子才幾年時(shí)間，但現(xiàn)有資料提示增食因子與肥胖癥及嗜睡癥均有密切聯(lián)系。嗜睡癥病人腦脊液中的增食因子明顯減少。對(duì)增食因子的深入研究勢(shì)必為治療肥胖癥及嗜睡癥提供新的策略。就像胰島素治療糖尿病一樣，模擬增食因子的藥物可以治療嗜睡癥。并且假如增食因子可以保持覺(jué)醒或者作為睡眠的“守門人”，它們可能也能夠消除正常睡意，就像Mignot開(kāi)玩笑說(shuō)：“只要我講課時(shí)仍然有人打瞌睡，我就知道我還有工作要做”。相反，阻斷增食因子作用的分子可能被用以開(kāi)發(fā)成更好的催眠藥。第13頁(yè)，共14頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

慢性給予煙堿可以誘導(dǎo)大鼠下丘腦前增食因子原及增食園子受體表達(dá)增加。這可能解釋為什么慢性吸煙者往往導(dǎo)致體重減輕。圍繞增食因子系統(tǒng)的新藥開(kāi)發(fā)目前仍然困難重重，增食因子的藥理學(xué)研究目前還在初期。用增食因子樣藥物治療嗜睡癥可能是最直