محققان نورونهایی را شناسایی نمودند که قند خون را تنظیم می کنند

اول مه 2020 - میزان قند خون پایین، معروف به هیپوگلایسمی، می تواند یک وضعیت تهدید کننده ی زندگی باشد، به خصوص برای مبتلایان به دیابت نوع 1 که به انسولین درمانی فشرده برای جلوگیری از افزایش شدید قند خون خود متکی هستند. ممکن است با درک بهتر مکانیسم های اساسی مسئول تعادل قند خون، راه حل های موثری برای مقابله با مشکل هیپوگلایسمی کشف شود .محققان کالج پزشکی بیلور و سایر مؤسسات، به رهبری دکتر Yong Xu ، استادیار کودکان، تغذیه و زیست شناسی مولکولی و سلولی در Baylor ، گروهی از نورونهای حساس به گلوکز را در مغز و چگونگی همکاری آنها برای جلوگیری از هیپوگلیسمی شدید را در موش شناسایی کرده اند. نتایج آنها در مجله Nature  Communications منتشر گردید.

دکتر Xu گفت: نورون های حساس به گلوکز، نوسانات قند خون را حس می کنند و با کاهش سریع یا افزایش فعالیت خود به این نوسانات واکنش نشان می دهند. این پاسخ می تواند باعث افزایش رفتارهایی برای کمک به افزایش قند خون شود. به عنوان مثال، حیوانات ممکن است در این شرایط شروع به خوردن غذا کنند. نورون های حساس به گلوکز همچنین می توانند با تاثیر بر تولید هورمون هایی مانند گلوکاگون، تولید یا جذب گلوکز را مستقیماً توسط بافت های محیطی تنظیم کنند. این یک سیستم بازخورد است که تعادل قند خون را حفظ می کند.

نورون های سنجش گلوکز در مناطق مختلف مغز یافت می شوند. دکتر Xu و همكارانش بر روی نورونهای مستقر در ناحیه كوچكی بنام ventrolateral subdivision of the ventromedial hypothalamic nucleus  یا vlVMH ، تمرکز کردند. بسیاری از نورونهای این منطقه گیرنده استروژن آلفا، را بیان کرده و به نوسانات گلوکز موجود در خون پاسخ می دهند، اما تاکنون عملکرد آنها در متابولیسم گلوکز به طور خاص مورد بررسی قرار نگرفته بود.

جمعیت منحصر به فردی از نورون ها

محققان دریافتند که نورونهای موجود در هسته ی vlVMH در مغز موش دارای خصوصیات منحصر به فردی هستند.

ابتدا دکتر Xu و همکارانش از این موضوع شگفت زده شدند که در سایر زیربخشهای VMH ، تنها حدود نیمی از نورونها دارای حساسیت به گلوکز هستند، اما در زیر بخش ventrolateral ، همه ی نورونها دارای گیرنده استروژن-آلفای حساس به گلوکز بودند. دکتر Xu گفت: تنها همین واقعیت باعث می شود که این گروه از سلولهای عصبی کاملاً منحصر به فرد باشند.

آنها همچنین دریافتند که اگرچه تمام نورونهای این ناحیه گلوکز را حس می کنند، اما به یک روش یکسان به تغییرات سطح گلوکز پاسخ نمی دهند. در حدود نیمی از این نورون ها، " glucose-excited" هستند یعنی هنگامی که گلوکز زیادی را حس می کنند، فعالیت ارسال پالس در آنها افزایش می یابد و هنگامی که سطح گلوکز کم می شود، کاهش می یابد. در مقابل، نیمی دیگر از این سلولهای عصبی " glucose-inhibited" هستند- یعنی در هنگام مواجه با غلظت بالای گلوکز ، ارسال پالس عصبی آنها کاهش و وقتی غلظت گلوکز پایین میباشد، فعالیت خود را افزایش می دهند.

دکتر Xu گفت: ما تعجب كردیم كه چرا این نورونها به روشهای متضاد به یک چالش مشابه گلوكز پاسخ می دهند. محققان روشهای تعیین پروفایل ژنتیکی، دارویی، الکتروفیزیولوژیکی و روش ویرایش ژنتیکی CRISPR را با هم ترکیب کردند تا به این سؤال پاسخ دهند.

 آنها کانالهای یونی را که هر نوع نورون حساس به گلوکز برای پاسخ به سطح گلوکز از آن استفاده می کند را بررسی کردند. کانالهای یونی مولکولهای بزرگی هستند که در عرض غشاهای سلولهای عصبی قرار گرفته اند. این کانال ها کنترل ترافیک یون ها - اتم ها یا مولکول های دارای بار الکتریکی - را درون و خارج از نورون ها کنترل می کنند، این همان فرایندی است که برای تنظیم فعالیت های ارسال پالس عصبی بسیار مهم است.

محققان دریافتند نورونهایی که با غلظت بالای گلوکز فعالیتشان افزایش می یابد، از کانال یونی  KATP استفاده می کنند، اما نورون هایی که با غلظت بالای گلوکز فعالیت خود را کاهش می دهند، از کانال یونی متفاوتی بنام Ano4 استفاده می کنند. کانال یونی KATP ، به خوبی شناخته شده است، اما نقش کانال یونی Ano4 در سنجش گلوکز هرگز گزارش نشده بود. آنها گفتند: ما کانال یونی جدیدی را شناسایی کرده ایم که برای سلولهای عصبی مهار شده با گلوکز مهم است.

یک اثر هماهنگ قند خون را تنظیم می کند

علاوه بر این، دکتر Xu و همکارانش دریافتند که مدارهای عصبی موجود در هنگام پاسخ نورون های تحریک شده با گلوکز و مهار شده با گلوکز، به سطح "پایین قندخون" با هم متفاوت هستند. اتصالات عصبی نورون های تحریک شده با گلوکز، به یك ناحیه ی مغزی متفاوت از محل اتصالات سلولهای عصبی مهار شده با گلوكز در مغز، می رسند.

محققان با استفاده از اپتوژنتیک،- ترکیبی از تغییرات ژنتیکی و نور برای فعال کردن مدارهای عصبی خاص -، در موشها نشان دادند که وقتی سلولهای عصبی مهار شده با گلوکز، به سطح گلوکز پایین پاسخ می دهند، یک مدار خاص را فعال می کنند که نتیجه آن افزایش قند خون است. از طرف دیگر، هنگامی که نورون های تحریک شده با گلوکز به سطح پایین گلوکز خون پاسخ می دهند، می توانند یک مدار متفاوت را مهار کنند، که باز هم نتیجه ی آن افزایش سطح قند خون بود.

دکتر Xu گفت: هنگامی که موش ها دچار هیپوگلایسمی می شوند، این دو مدار به طور مخالف تنظیم می گردند - یکی از آنها تحریک و دیگری مهار می شود. اما نتیجه همسان است و گلوکز خون را به حد نرمال می رسانند. این یک سیستم بازخوردی کامل برای تنظیم سطح قند خون است.

جالب است که همه نورونهای این گروه مهم گیرنده ی استروژن-آلفا ، که یک واسطه شناخته شده برای هورمون تخمدان یعنی استروژن هستند را بیان می کنند. در آینده ، دکتر Xu و همکارانش می خواهند بدانند که آیا استروژن در فرآیند سنجش گلوکز توسط این نورونها نقش دارد و آیا تفاوت جنسیتی در عملکرد این نورونها برای تعادل گلوکز وجود دارد یا خیر؟

منبع:

https://medicalxpress.com/news/2020-05-unique-glucose-sensing-neurons-blood-sugar.html