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“眼—腦—棕色脂肪軸”介導光調節血糖代謝神經機制示意圖。（作者供圖）
生命體是在太陽輻照下歷經數億年演化而來，并發展為精確而復雜的調控網絡，用以動態響應外界環境，調節身體葡萄糖代謝。這種調控網絡在生命歷程中發揮著關鍵作用，以確保生物體能適應不斷變化的環境條件。而光如何調控葡萄糖代謝機制仍然是一個待解答的問題，包括解析這一過程中的感光細胞類型、大腦神經聯系，以及外周效應器官。
為了研究光調控哺乳動物葡萄糖代謝過程，我們的研究團隊進行了葡萄糖耐受性測試，分別在夜行性的小鼠和晝行性的人類中進行。盡管人與小鼠在晝夜生理過程中表現出相反的現象，但我們的研究團隊發現，在經歷數小時光暴露后，人和小鼠的葡萄糖耐受性都顯著降低。這一現象不僅存在于白天，黑夜也如此。然而，這一生理現象的“光感受過程”具體發生在哪里？
哺乳動物的光感受主要始于視網膜上的三類感光細胞，它們在感知環境中不同波長范圍的光線方面發揮著關鍵作用，并調控諸多生理功能。視錐細胞和視桿細胞感知環境光線負責圖像認知的成像視覺功能。然而，視網膜中還存在第三類感光細胞，即視網膜自感光神經節細胞（ipRGCs），與大腦中諸多腦區存在神經聯系，調控生物鐘、睡眠覺醒、情緒變化和認知等非成像視覺功能。
對于哪類感光細胞影響介導糖代謝耐受性問題，我們的研究團隊通過基因工程手段構建了分別喪失視錐細胞、視桿細胞和ipRGCs感光能力的轉基因小鼠，經葡萄糖耐受性測試發現僅在ipRGCs喪失感光能力的小鼠中，光不再抑制葡萄糖代謝耐受性，這說明光對糖代謝抑制是由ipRGCs感光獨立介導的。
在大腦的下丘腦中與ipRGCs有密集連接的核團，包括下丘腦視交叉上核（SCN）和視上核（SON）核團。有研究表明，光照模式改變可以通過影響節律中樞SCN，導致生物鐘節律紊亂，從而間接影響葡萄糖代謝功能。
我們的研究團隊發現，光降低葡萄糖耐受性的過程與生物鐘節律系統無關，揭示了腦內非節律系統神經參與了光對血糖代謝調節。
機體對血液中葡萄糖的利用，很大一部分需要通過外周代謝器官來參與。我們的研究團隊發現，中縫蒼白核是介導該現象的重要節點。該核團是調節棕色脂肪組織活性的交感前運動神經元聚集區，而棕色脂肪組織是一個重要的代謝器官，其主要作用之一是直接消耗葡萄糖產生熱量以維持體溫穩態。
研究結果顯示，光能顯著降低棕色脂肪組織的產熱活動。這一發現揭示了光通過神經聯系調控棕色脂肪組織活性，導致葡萄糖代謝能力下降。
在志愿者中，我們的研究團隊進行了類似的研究，讓他們處于29℃的熱中性溫度條件下，此時棕色脂肪組織活性被顯著壓抑。結果顯示，光在這種條件下不再抑制志愿者的葡萄糖耐受性，表明光降低人體葡萄糖耐受性可能同樣是通過影響脂肪組織的活性來介導。
對人體研究結果顯示，晝夜節律會造成夜間人體糖代謝能力相較白天更低，在夜間有光暴露的條件下人體血糖代謝能力最差。
在工業化社會中，人類長時間夜晚暴露于人造光源之下，加上夜間飲食習慣給機體帶來雙重代謝負擔，進而可能誘發代謝疾病。
（作者：薛天系中國科學技術大學生命科學與醫學部教授，孟建軍系中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心副研究員，沈嘉偉系中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心博士后研究員）
責任編輯：胡惠雯
