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摘要
尽管脂肪是饮食中至关重要的能量来源，但过量摄入会导致肥胖。目前普遍认为，肠道中的脂肪吸收主要通过器官自主性的扩散方式进行1-3。然而，这一过程是否受到脑肠轴的调控，目前尚不清楚。本研究表明，迷走神经背侧运动核（DMV）在这一过程中起着关键作用。DMV神经元的失活会减少肠道脂肪吸收，从而导致体重减轻，而DMV的激活则会增加脂肪吸收和体重增加。值得注意的是，投射至空肠的DMV神经元亚群的失活会缩短微绒毛的长度，进而减少脂肪吸收。此外，我们发现了一种天然化合物——葛根素，能够模拟对DMV-迷走神经通路的抑制作用，从而降低脂肪吸收。通过光亲和化学方法和冷冻电子显微镜技术观察γ-氨基丁酸A型受体（GABAA受体）-葛根素复合物的结构，我们发现葛根素结合于一个变构调节位点。值得注意的是，在DMV中条件性敲除Gabra1基因可基本消除葛根素诱导的肠道脂肪流失。综上所述，本研究发现抑制DMV-迷走神经-空肠轴可通过缩短微绒毛长度来控制肠道脂肪吸收，并揭示了葛根素结合GABRA1在减脂方面的治疗潜力。
引言
全球范围内脂肪和热量密集型食物消费量的显著增加，极大地促进了肥胖和代谢性疾病的持续流行[4]。为了有效吸收脂肪，动物的肠道已经进化成一个吸收系统，该系统包括具有突起绒毛结构的长肠道、刷状缘微绒毛以及丰富的肠血管、淋巴管和神经末梢[5-7]。该系统经过精细调整，能够对能量供应状态的波动（包括从禁食到再喂养的过渡以及从低脂饮食到高脂饮食（HFD）的转变）作出反应[8]。值得注意的是，肠道脂肪吸收通常被认为是一个器官自主的过程，主要以扩散的形式进行，部分通过蛋白质促进的脂质转运进行[1-3]。最近的观察结果表明，脑源性因子与小肠脂肪吸收之间存在潜在联系。例如，据报道，下丘脑神经元中瘦素受体的消融会破坏肠道微粒体甘油三酯转移蛋白的表达[9]。在迷走神经系统中，孤束核（NTS）和迷走神经背侧运动核（DMV）充当脑肠轴的枢纽[10]。在NTS接收到来自肠道的多种迷走神经传入输入，并将其与其他区域的输入进行整合后[11]，组合信号被传递到DMV，DMV中不同的神经元提供不同的输出反应，以调节胃肠道运动和促进消化[12]。迷走神经切断术联合胃次全切除术会导致胃运动受损，肠道内食物颗粒消化不良，从而减少脂肪吸收[13]。然而，DMV发出的迷走神经传出神经是否在生理上直接调节肠道脂肪吸收尚不清楚。在本研究中，我们通过操控DMV神经元的活性来揭示它们在控制空肠脂肪吸收中的作用。我们发现，用于治疗脑血管疾病的药物葛根素[14]能够通过抑制γ-氨基丁酸A型受体α1亚基（GABRA1）阳性的DMV神经元，增强粪便脂肪排泄和体重减轻。这些发现揭示了一条先前未知的控制肠道脂肪吸收的脑肠轴，并确定了一种针对该通路的药物——葛根素。鉴于DMV在脑肠通路中的核心作用[10]，我们首先评估了DMV神经元失活对肠道脂肪吸收的影响。我们使用了化学遗传学设计受体仅由设计药物激活（DREADDS）技术[15]，并向Phox2b-cre杂合子小鼠的DMV区域双侧注射了表达Cre依赖的hM4D(Gi)（rAAV-EF1α-DIO-hM4D(Gi)-mCherry）[16]或对照AAV（rAAV-EFLA-DIO-mCherry）。这种方法使我们能够特异性地靶向DMV中的一群PHOX2B神经元[17]（图1a-c）。化学遗传学设计受体的配体氯氮平N-氧化物（CNO）被证明能够在体外使DMV神经元失活（扩展数据图1a-c）。腹腔（i.p.）注射CNO后，在HFD喂养下，DMV神经元被抑制的小鼠（Px2b-4i）的体重增加少于对照组小鼠（Px2b-con）（图1d和补充图1a），而食物摄入量无差异（补充图1b）。通过口服脂肪耐量试验（OFTT）比较两组间的肠道甘油三酯（TG）吸收情况。Px2b-4i小鼠在灌胃油后表现出的血浆TG水平低于Px2b-con小鼠（图1e）。从Px2b-4i小鼠收集的粪便中，非酯化脂肪酸（NEFA）和TG的含量显著高于对照组小鼠的粪便（图1f,g），这表明DMV抑制后脂肪排泄增加。同样，我们观察到Px2b-4i小鼠空肠（脂肪吸收的主要部位[18,19]）的脂肪吸收减少（图1h）。我们还进行了口服葡萄糖耐量试验，并观察到两组间的血糖水平无显著差异（补充图1c）。这些发现表明，DMV抑制导致空肠脂肪吸收减少。为了确认上述肠道表型主要是由于DMV神经元的失活，而不是其他表达Phox2b的神经元（如NTS中的神经元）的失活所致，我们进一步在Chat-cre小鼠中进行了DMV神经元的化学遗传学失活。在这些小鼠中，Cre重组酶选择性地在胆碱能（CHAT+）神经元中表达，这些神经元主要位于DMV中，而不是NTS中[20,21]（图1i）。我们将Cre依赖的AAV-hM4D(Gi)注射到Chat-cre小鼠的DMV中（图1j）。在CNO应用后，我们观察到Chat-4i小鼠出现了显著变化，如体重增加减少、血浆TG水平降低、粪便脂肪排泄增加和空肠脂肪吸收减少，与Chat-con小鼠相比（图1k-o和补充图1d,e）。这些结果与Px2b-4i小鼠的表型一致，并验证了DMV抑制对空肠脂肪吸收的抑制作用。接下来，我们通过向Phox2b-cre小鼠的DMV双侧注射hM3D(Gq)（rAAV-EF1α-DIO-hM3D(Gq)-mCherry）来激活DMV神经元（3q）（扩展数据图1d-f）。我们还将另外两组Phox2b-cre小鼠作为对照，分别注射了hM4D(Gi)（4i）或对照病毒（con）（扩展数据图2a）。在CNO诱导DMV神经元激活后，我们观察到与Px2b-con小鼠相比，体重增加（扩展数据图2b,c）、粪便NEFA和TG排泄减少（扩展数据图2d,e）以及空肠TG含量增加（扩展数据图2f）。Px2b-3q小鼠中DMV神经元长期激活的结果与Px2b-4i小鼠相比表现出相反的效果（扩展数据图2b-f）。值得注意的是，我们没有发现DMV操作后十二指肠或回肠等其他肠段中TG含量的显著变化（扩展数据图2g,h）。为了确认DMV-迷走神经通路在肠道脂肪吸收中的作用，我们进行了膈下迷走神经切断术（扩展数据图3a）。迷走神经切断导致体重增加减少（扩展数据图3b）、脂肪排泄增加（扩展数据图3c,d）和空肠脂肪吸收减少（扩展数据图3e）。综上所述，这些发现表明，DMV的活性在调节空肠脂肪吸收以及由此引起的体重变化中起着关键作用。![]()
图1 | 背侧迷走神经运动核（DMV）控制空肠脂肪吸收和体重增加。a，高脂饮食（HFD）喂养小鼠的脑干-迷走神经-肠道通路示意图。b，PHOX2B-Cre:Rosa26-tdTomato小鼠脑干中的PHOX2B阳性神经元。AP，孤束核。c，使用化学遗传学方法抑制Phox2b-cre小鼠DMV活动的实验设计示意图。d-h，Px2b-4i小鼠和Px2b-con小鼠（每组n=8）DMV神经元失活后观察到的变化。体重变化（d），口服脂肪耐量试验（OFTT）后的血浆甘油三酯（TG）水平（e），24小时粪便中的非酯化脂肪酸（NEFA）（f）和TG含量（g），以及空肠TG水平（h）。i，CHAT-Cre:Rosa26-tdTomato小鼠DMV中的CHAT阳性神经元。j，使用化学遗传学方法抑制Chat-cre小鼠DMV功能的实验设计示意图。k-o，Chat-4i小鼠（每组n=10）DMV神经元失活后观察到的变化。体重变化（k），血浆TG水平（l），24小时粪便中的NEFA（m）和TG含量（n），以及空肠TG水平（o）。样本收集于CNO给药后第7天。血浆和空肠样本是在给予200微升橄榄油灌胃后2小时收集的。比例尺，100微米（b，i）。数据表示为平均值±标准误（s.e.m.）。使用双因素方差分析（ANOVA）（d，e，k），双尾Student’s t检验（f，g，l-o）或双尾Mann-Whitney检验（h）评估显著性。P<0.05，P<0.01，P<0.001。详细统计数据见原始数据。图a中的小鼠模型改编自SciDraw（https://scidraw.io），遵循知识共享许可协议CC BY-SA 4.0。葛根素对背侧迷走神经运动核（DMV）抑制作用的鉴定为鉴定可调节DMV神经元的化学分子或天然化合物，我们结合了药理学处理与来自PHOX2B-Cre:Rosa26-tdTomato小鼠的脑干切片电生理技术。葛根素（扩展数据图4a）是一种已获批用于治疗心脑血管疾病的药物[22]，其浸泡应用显著降低了动作电位频率（图2a，b），这是由于DMV神经元膜电位超极化所致（图2c）。在总共检测的22个神经元中，16个（72.7%）表现出葛根素抑制的放电变化模式（图2d）。在高脂饮食（HFD）喂养的小鼠中，腹腔注射葛根素后，DMV中FOS阳性神经元的数量较对照组显著减少（图2e，f和扩展数据图4b-j）。我们还观察到，葛根素（腹腔注射）治疗在不影响食物摄入量的情况下减轻了体重增加（图2g，h和补充图2a，b），降低了血浆甘油三酯（TG）水平（基于口服脂肪耐量试验；图2i），增加了粪便脂肪排泄（图2j，k）并抑制了空肠脂肪吸收（图2l）。与DMV抑制的结果一致，葛根素治疗对口服葡萄糖耐量（补充图2c）或十二指肠和回肠的TG含量（补充图2d，e）无显著影响。此外，葛根素对胃肠道运动和转运也无影响（补充图2f-o）。为避免葛根素对外周器官的潜在干扰效应，我们对配对饲养的HFD小鼠进行了侧脑室脑室内（i.c.v）葛根素输注（图2m）。葛根素治疗持续抑制体重增加并降低血浆TG水平（图2n，o和补充图2p）。值得注意的是，我们还观察到中枢给予葛根素增加了总粪便脂质含量（图2p，q）并降低了空肠TG含量（图2r）。这些结果共同表明，葛根素在控制DMV活性方面具有抑制作用，从而导致空肠脂肪吸收减少。为阐明介导DMV神经元对脂肪吸收抑制作用的分子机制，我们接下来使用葛根素作为诱饵，进行了一种基于活性的蛋白质分析策略[23]。合成了带有光反应标签的葛根素探针（扩展数据图5a），通过光亲和化学反应[24]富集和可视化靶蛋白（图3a）。我们验证了探针标记的葛根素与非标记葛根素具有相同的增加粪便脂质排泄的效果（扩展数据图5b-f）。将探针标记的葛根素添加到新鲜分离的脑干样本中，并使用十倍剂量的非标记葛根素作为探针标记葛根素的竞争者（方法部分）。光亲和反应后，通过液相色谱串联质谱（LC-MS/MS）评估靶蛋白。在571个潜在靶蛋白中（图3b和补充表1），仅有14个候选蛋白属于膜受体和离子通道。在这14个蛋白中，考虑到GABRA1在DMV中丰富表达，而在相邻脑区表达较少（Allen脑图谱数据库）[25]（扩展数据图5g），以及GABAA受体已被证实参与迷走神经调节[26]，因此GABRA1被优先考虑为一个有前景的靶标。我们通过蛋白质印迹验证了探针标记的葛根素与GABRA1蛋白之间的相互作用（图3c和补充图3）。我们还检测到探针标记的葛根素与DMV区域PHOX2B-tdTomato神经元中的GABRA1高度共定位，并且这些信号可被十倍剂量的非标记葛根素阻断（图3d）。GABAA受体是五聚体配体门控离子通道，是脊椎动物神经系统中抑制性神经传递的主要决定因素[27]。为表征葛根素对含α1亚基的GABAA受体的影响，我们使用了α1β3γ2L异五聚体，这是一种典型的神经元亚型[28]。首先，通过对表达该受体的HEK293S细胞进行全细胞膜片钳记录，我们发现葛根素增强了GABA诱导的电流（图3e，f和扩展数据图6a）。接下来，我们解决了与葛根素结合的α1β3γ2L GABAA受体的单颗粒冷冻电子显微镜（cryo-EM）结构，名义分辨率为2.4 Å（图3g，扩展数据图6b，c和扩展数据表1）。在单个位置，即α1+/γ2-界面下的C环下方，观察到了葛根素的密度（图3g和扩展数据图6d-f），这是突触GABAA受体胞外区域中苯二氮䓬类和其他变构调节剂的经典结合位点[29-31]。在这个口袋中，葛根素覆盖了587 Å2的表面积。其羟基苯基朝向γ2-C-亚基，而色原酮和葡糖苷基主要与α1-D+-亚基接触。α1Tyr210和γ2Phe77残基通过π-π堆积相互作用锚定葛根素色原酮核心。除了水介导的接触外，葛根素结合还通过涉及C环残基α1Ser205和α1Thr207以及α1His102和γ2Asp56的氢键网络稳定（图3h和扩展数据图6d-f）。与激动剂GABA一起，结合在两个β3+/α1-界面的正位点上（扩展数据图6g），葛根素结合使离子通道进入深度脱敏状态，这由相对结构域排列和比先前报道的二氮嗪结合结构更宽的9'-活化门所揭示（扩展数据图6h-j）。这些结构数据以及电生理记录表明，葛根素作为一种正性变构调节剂发挥作用。为确认葛根素可通过DMV GABRA1抑制脂肪吸收，我们将Gabra1flox/flox（Gabra1fl/fl）小鼠与Phox2b-cre小鼠杂交，生成Gabra1条件性敲除（cKO）小鼠（扩展数据图7a）。在缺乏Gabra1的情况下（扩展数据图7b），我们观察到DMV神经元活性增加（扩展数据图7c-e），体重增加（图3i，j和扩展数据图7g），粪便脂肪排泄减少（图3k，l）以及空肠脂肪吸收增加（图3m），与对照组flox小鼠相比。值得注意的是，当在脑干切片中进行全细胞膜片钳记录时，葛根素对对照组小鼠中的大多数DMV神经元（70%，20个神经元中的14个）产生了抑制作用，但在缺乏Gabra1的情况下，其作用大大降低（19.05%，21个神经元中的4个）（扩展数据图7f）。此外，删除Gabra1消除了葛根素对抑制脂肪吸收和体重增加的作用（图3i-m和扩展数据图7g）。综上所述，我们的数据表明，葛根素通过结合含α1亚基的GABAA受体，对DMV-迷走神经轴发挥抑制作用，从而调节脂肪吸收。![]()
图2 | 葛根素给药抑制背内侧核（DMV）活性并减少空肠脂肪吸收。a，DMV神经元在葛根素给药前（黑色虚线框）、给药期间（红色虚线框）和给药后（蓝色虚线框，洗涤）的全细胞膜片钳记录代表图。选取三段记录进行进一步分析。b,c，所有记录（n=22）中平均动作电位频率（b）和平均膜电位（c）的总结。Pue，葛根素；Veh，载体。d，显示葛根素抑制（红色）或非抑制（黑色）的DMV神经元百分比。e,f，在高脂饮食（HFD）配对饲养小鼠腹腔注射葛根素或载体后，DMV和孤束核（NTS）中FOS阳性神经元的代表图像（e）和细胞计数（f）（每组n=4）。g，HFD饲养小鼠腹腔注射葛根素或载体的示意图。h-l，体重变化（h）、口服脂肪耐量试验（OFTT）（i）、粪便中非酯化脂肪酸（NEFA）（j）和甘油三酯（TG）（k）含量以及空肠TG含量（l）（每组n=8）。m，HFD配对饲养小鼠脑室内注射（i.c.v.）葛根素或载体的示意图。n-r，体重变化（n）、血浆TG水平（o）、24小时粪便NEFA（p）和TG（q）含量以及空肠TG含量（r）（每组n=10）。样本分别于第7天（h-l）和第20天（n-r）收集。组织样本是在200微升橄榄油灌胃后2小时收集的（l,o,r）。比例尺，100微米（e）。数据表示为平均值±标准误（s.e.m.）。数据采用双尾Student’s t检验（f,j-l,o-q）、双尾Mann-Whitney检验（r）、单因素方差分析（ANOVA）结合Holm-Šídák多重比较检验（b,c）或双因素ANOVA（h,i,n）进行分析。P<0.05，P<0.01，P<0.001。NS，无显著性差异。详细统计数据见原始数据。
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图3 | 葛根素与γ-氨基丁酸A型（GABAA）受体的α1亚基结合以调节背内侧核（DMV）神经元。a，光亲和反应示意图。b，基于质谱（MS）筛选的维恩图。过滤结果后，列出571种与葛根素标签结合的蛋白质，包括GABRA1。c，葛根素与GABRA1蛋白结合的Western blot验证。C，竞争组；M，标记物；P，葛根素标签组。箭头指示GABRA1蛋白。d，GABRA1和葛根素标签在PHOX2B表达神经元中共定位的原位标记。e，在人HEK293S细胞中稳定表达α1β3γ2L，由单独一脉冲GABA（左）或同时应用葛根素和GABA（右）诱发的全细胞电流轨迹的代表图。f，全细胞电流轨迹的量化（每组n=31）。g，与葛根素结合的人全长α1β3γ2L GABAA受体的冷冻电子显微镜（Cryo-EM）密度图。受体亚基分别着色为红色（α1）、蓝色（β3）和黄色（γ2）。葛根素密度着色为青色。糖基以橙色显示，脂质以浅黄色显示。h，葛根素结合口袋的特写。与葛根素相互作用的关键残基以棍状表示。蓝色虚线表示假定的氢键。i，在高脂饮食（HFD）饲养的Gabra1fl/fl（flox）和Gabra1fl/fl Phox2b-cre（cKO）小鼠中腹腔注射葛根素的示意图。j，体重变化。k-m，第7天时，flox-Veh（载体）、flox-Pue（葛根素）、cKO-Veh和cKO-Pue组的24小时粪便中非酯化脂肪酸（NEFA）（k）和甘油三酯（TG）（l）含量以及空肠TG含量（m）（每组n=8）。组织样本是在200微升橄榄油灌胃后2小时收集的（m）。比例尺，100微米（d）。数据表示为平均值±标准误（s.e.m.）。数据采用双尾Student’s t检验（f）或结合Tukey多重比较检验的双因素方差分析（ANOVA）（j-m）进行分析。P<0.05，P<0.01，P<0.001。详细统计数据见原始数据。
DMV-迷走神经投射到胃肠道的不同区段32。为了靶向投射至空肠的DMV神经元，我们向野生型小鼠的空肠中注射了一种编码麦胚凝集素（WGA）和Cre重组酶融合蛋白的逆行腺相关病毒（AAV）（AAV-hSyn-WGA-Cre-P2A-mcherry（AAV-WGA-Cre））33。同时，向DMV区域注射了一种Cre依赖的hM4D(Gi)或对照AAV病毒，这使得我们能够对投射至WGA-hM4D(Gi)（WGA-4i）小鼠或对照（WGA-con）小鼠空肠的DMV神经元进行化学遗传学操作（图4a，b）。与在Phox2b-cre和Chat-cre小鼠中灭活DMV神经元时观察到的结果一致，我们发现WGA-4i小鼠的体重增加较少（图4c，d和扩展数据图7h），血浆甘油三酯（TG）水平降低（图4e），粪便脂肪排泄增加（图4f，g），以及空肠脂肪吸收减少（图4h）。使用相同的方法，我们还灭活了投射至十二指肠或回肠的DMV神经元。在体重、脂肪吸收、血浆TG水平或粪便脂肪排泄方面未观察到显著差异（补充图4）。这些结果表明，投射至空肠的DMV神经元可以直接调节脂肪吸收和体重增加。![]()
图4 | 投射至空肠的背内侧核（DMV）神经元控制脂肪吸收和体重增加。a，逆行追踪投喂高脂饮食（HFD）的野生型小鼠中投射至空肠的DMV神经元的实验设计概览。向空肠中注射AAV-WGA-Cre病毒，同时在DMV中注射AAV-DIO-hM4D(Gi)（WGA-4i组）或AAV-DIO-control（WGA-con组）。b，空肠注射表达mCherry的AAV-WGA-Cre病毒后，mCherry在DMV中逆行运输的图像。c，投喂HFD的野生型小鼠中投射至空肠的DMV神经元化学遗传学失活的示意图。d-h，WGA-4i组和对照组小鼠在注射氯氮平（CNO）后观察到的变化（每组n=10）。DMV抑制后7天内的体重变化（d）、血浆甘油三酯（TG）水平（e）、24小时粪便中非酯化脂肪酸（NEFA）（f）和TG含量（g），以及空肠TG含量（h）。样本是在200微升橄榄油灌胃后2小时收集的（e，h）。比例尺，100微米（b）。数据表示为平均值±标准误（s.e.m.）。数据采用双尾Student’s t检验（f-h）、双尾Mann-Whitney检验（e）或双因素方差分析（ANOVA）（d）进行分析。P<0.05，P<0.01，P<0.001。详细统计数据见原始数据。a中的小鼠模型改编自SciDraw（https://scidraw.io），遵循Creative Commons CC BY-SA 4.0许可协议。接下来，我们探索了葛根素和DMV-迷走神经轴如何影响脂肪吸收。我们首先检查了DMV失活小鼠空肠中脂质转运体的表达，但未观察到显著变化（扩展数据图8a）。据认为，脂肪吸收效率与总表面积的变化密切相关7；然而，在DMV神经元失活或葛根素注射后，空肠上皮绒毛的长度并未观察到明显变化（扩展数据图8b-g）。值得注意的是，通过基于电子显微镜（EM）图像的分析，我们观察到DMV神经元失活后，空肠微绒毛的长度有所减少（图5a-c和扩展数据图8h-j）。同时，调节微绒毛7的基因，包括编码埃兹蛋白的Ezr、Cdc42、Eps8和Vil1，在DMV失活小鼠中的表达水平显著低于对照组小鼠（图5d）。一致地，我们发现激活DMV神经元可以延长空肠微绒毛的长度并增加相关基因的表达（扩展数据图8h-k）。此外，灭活投射至空肠的DMV神经元也显示出类似的结果，即空肠微绒毛长度和相关基因表达减少（图5e-h）。与DMV抑制的结果一致，葛根素（腹腔注射）治疗缩短了微绒毛的长度并降低了相关基因的表达，而删除DMV中的Gabra1则减弱了葛根素的这些作用（图5i-m和扩展数据图8l-o）。此外，我们还发现DMV抑制或葛根素治疗后，十二指肠或回肠没有发生显著变化（扩展数据图9）。综上所述，这些观察结果揭示了一个模型，即DMV-迷走神经通路通过影响空肠微绒毛长度来控制肠道脂肪吸收（扩展数据图10）。![]()
图5 | 抑制DMV-迷走神经通路可缩短空肠微绒毛以减少脂肪吸收。a-c，第7天的代表性电子显微照片（a），Px2b-con和Px2b-4i小鼠在高脂饮食（HFD）喂养下空肠微绒毛的长度分布（b）和平均长度（c）的形态测量。d，Px2b-con和Px2b-4i小鼠在高脂饮食喂养下空肠中调节微绒毛的基因表达。e-g，第7天的代表性电子显微照片（e），WGA-con和WGA-4i小鼠在高脂饮食喂养下空肠微绒毛的长度分布（f）和平均长度（g）的形态测量。h，WGA-con和WGA-4i小鼠在高脂饮食喂养下空肠中调节微绒毛的基因表达。i-k，第7天的代表性电子显微照片（i），flox-Veh、flox-Pue、cKO-Veh和cKO-Pue小鼠在高脂饮食喂养下空肠微绒毛的长度分布（j）和平均长度（k）的形态测量。l，这四组小鼠空肠中调节微绒毛的基因表达。m，第7天四组小鼠空肠刷状缘中EZRIN的免疫荧光图像。比例尺，1 μm（a, e, i）或100 μm（m）。对于电子显微镜（EM）分析，每组n = 4只小鼠（b, c, f, g, j, k）。数据表示为平均值 ± 标准误（s.e.m）。数据采用双尾Student’s t检验和双尾Mann-Whitney检验（b-d, f-h）或双向ANOVA结合Tukey多重比较检验（j-l）进行分析。表示Px2b-con与Px2b-4i之间；flox-Veh与flox-Pue之间；或WGA-con与WGA-4i之间的比较。#表示flox-Veh与cKO-Veh之间的比较。&表示flox-Pue与cKO-Pue之间的比较。P < 0.05，#P < 0.05，P < 0.01，##P < 0.01，*P < 0.001，###P < 0.001，&&&P < 0.001。详细统计数据见原始数据。在生理学教科书中，膳食脂肪的吸收主要被视为一种发生在肠道上皮细胞中的被动扩散过程，该过程可以自主进行，无需大脑的控制2。据我们所知，直到目前为止，大脑对脂肪吸收的控制机制在很大程度上仍不清楚。在本研究中，我们发现了一条大脑（背内侧核，DMV）至肠道（空肠）的途径，该途径控制着脂肪的吸收。我们的研究表明，灭活DMV神经元会通过缩短微绒毛的长度来抑制空肠中的脂肪吸收。此外，我们还证明，临床上使用的天然化合物葛根素可以通过γ-氨基丁酸A型（GABAA）受体灭活DMV神经元并抑制脂肪吸收，从而揭示了一种可减少脂肪吸收的药物。小肠是营养吸收的主要部位5。大约在160年前，人们观察到狗的肠道可以吸收脂肪34。几项研究表明，脂肪的吸收始于十二指肠远端，主要在空肠中进行，远远早于碳水化合物的吸收，而蛋白质不能在小肠中被完全吸收，需要在大肠中进行再吸收作为辅助18。这些观察结果表明，肠道对营养物质的吸收具有区域特异性。本研究表明，当操控DMV-迷走神经活动时，脂肪吸收的变化主要发生在空肠。我们还证明，投射至空肠的DMV神经元直接调控空肠微绒毛的长度和脂肪吸收。基于这些结果，我们的研究为这种区域特异性模式的发生提供了新的见解，这可能是由于DMV-迷走神经对胃肠道不同部位的不同投射所致32,35。在本研究中，我们在DMV抑制模型中未发现口服葡萄糖耐量有显著变化，这表明抑制迷走传出神经可能不会直接影响葡萄糖的吸收。我们推测，这可能是因为脂肪吸收过程不需要能量，因此更依赖于肠道表面积1。相比之下，碳水化合物的吸收则主要依赖于肠道上皮细胞中ATP依赖性转运体的表达1-3。据报道，乙酰胆碱是迷走神经末梢和肠神经的主要神经递质，可以增加平滑肌细胞中F-肌动蛋白（构成微绒毛刷状缘的核心蛋白7）的比例36。我们的数据显示，EZRIN（可与F-肌动蛋白结合7,37）的表达显著降低，表明乙酰胆碱可能参与DMV-迷走神经轴对微绒毛长度的调控。值得注意的是，乙酰胆碱可以通过调节CDC42的活性来调控肌动蛋白丝的聚合36，这可能参与微绒毛长度的快速变化。此外，我们推测，长期迷走神经抑制可能导致乙酰胆碱水平降低，并随后改变与细胞骨架相关的基因表达，如Rho-GTP酶信号传导所需的基因7。因此，乙酰胆碱可能对微绒毛的结构产生长期或累积效应。需要进一步的研究来鉴定参与这种脑-肠通讯的神经调节信号及其在空肠上皮细胞中的相关分子机制。GABA能介导的灭活在控制DMV神经元活动中起着重要作用26。在GABAA受体的不同亚型中，Gabra1在DMV区域的表达特别丰富25。遗传学研究结果表明，Gabra1在DMV胆碱能神经元中高表达，而在孤束核（NTS）中的GABA能和谷氨酸能神经元中表达较少20。本研究表明，Gabra1的条件性敲除（cKO）导致DMV神经元活动增加，进而促进脂肪吸收。因此，我们提出Gabra1在调节脂肪稳态中的DMV活动中发挥着重要作用。在NTS-DMV通讯过程中（这是调节迷走-迷走反射的最相关过程），被认为会发生突触前GABA释放38。NTS如何感知来自肠道的高脂饮食（HFD）信号，然后通过NTS-DMV对话或由迷走神经复合体形成的电路，甚至与其他脑区一起调节脂肪吸收，这需要进一步探索。具有临床意义的是，我们发现从葛根中提取的异黄酮葛根素能够抑制DMV-迷走神经通路，进而减少脂肪吸收。此外，通过冷冻电子显微镜（cryo-EM）分析，我们发现葛根素与GABRA1结合并作为正性变构调节剂。在DMV中遗传删除Gabra1会消除葛根素对脂肪吸收的抑制作用。这些观察结果表明，葛根素通过结合GABAA受体来抑制DMV神经元活动和脂肪吸收，从而成为一种潜在的抗肥胖药物。与美国食品药品监督管理局批准的抗肥胖药物奥利司他不同，奥利司他通过与脂肪酶形成共价键来阻断脂肪酶活性，从而促进脂肪丢失39；而葛根素则通过调节DMV功能和调控空肠微绒毛来减少肠道脂肪吸收。此外，奥利司他具有包括肝损伤和脂肪泻在内的不良反应40。在这方面，葛根素可能是调节过多脂肪排泄的一种安全替代药物。因此，未来有必要进行临床研究，以确定葛根素在人体中的治疗作用和潜在副作用。总之，我们的研究表明，靶向控制DMV-迷走神经通路以调节肠道脂肪吸收可能是治疗肥胖和代谢性疾病的一种潜在策略，为未来研究脑对肠道营养吸收的控制铺平了道路。
