撰文
JH
#肥胖#
肥胖的人常常比正常体重的人患高血压的几率高。这背后的原因和肥胖相关高血压的发生机制，目前研究者们归结于很多因素，包括血管内皮细胞、神经系统、肾脏以及脂肪病变等。肥胖伴随的高血压有两个特点：第一，这类人群的发病比较隐匿，这类人有较高的心血管患病率和死亡率。第二，肥胖可以增加难治性动脉高压风险，因此治疗挑战性高。早在年，美国爱因斯坦医学院蔡东升博士课题组就在NatureMedicine杂志上发表了关于下丘脑内IKK/NF-κB信号通路对机体代谢性稳态、肥胖及相关高血压病的影响（『珍藏版』综述
多因素影响下丘脑对代谢和衰老的调控）。接着，在年CellMetabolism上发表了胶质细胞中IKKβ/NF-κB的激活在高脂饮食引起的血糖紊乱和血压升高中的作用。这些成果都提示了下丘脑在肥胖相关的高血压的中枢调节中扮演者重要角色。
年5月4日，德国慕尼黑的亥姆霍兹研究中心（HelmholtzZentrum）CristinaGarcía-Cáceres课题组在CellMetabolism期刊上发表了其最新研究Obesity-associatedhyperleptinemiaalterstheGliovascularinterfaceofthehypothalamustopromotehypertension，阐述了肥胖相关的血清高瘦素水平介导的下丘脑胶质细胞—血管相互作用促进高血压的机制。
早在年，德国内分泌代谢专家MatthiasH.Tschp研究组就报道了在高脂高糖饮食（HighFatHighSugar,HFHS）的小鼠模型中，下丘脑弓状核（Arcuate）的血管发生重塑，包括血管长度和密度在肥胖小鼠模型的显著增加。然而，肥胖相关代谢性综合征如何引起大脑血管的变异，具体机制并不清楚。CristinaGarcía-Cáceres组的这项工作对其发生的机制之一进行了完整的研究。
该研究发现，虽然长期（20周）的高脂高糖饮食暴露才会引起系统性动脉血压的升高，但在短期—2周的时间即可以引起显著的下丘脑区的血管再生。作者利用透明脑—3D成像在全脑尺度观察了不同脑区的血管再生情况，发现高脂高糖饮食引起的血管再生局限性的发生在下丘脑区。利用内皮细胞的蛋白标记物标记发现，下丘脑区的血管呈现不连续性和高度通透性。利用电镜进一步观察血管的超微结构，饮食诱导肥胖小鼠模型的下丘脑微血管的结构改变，与正常饮食小鼠相比，内皮基底膜明显增厚。这些结果都表明了下丘脑区在面对短时的高脂高糖饮食挑战时的脆弱敏感性，即发生微血管病变的易感性。接下来作者开启了对下丘脑血管重塑的驱动因素的探索。
早期有报道显示短暂的高脂高糖饮食（5天）引起的葡萄糖耐量损失在体重尚未发生改变时既已发生，但是下丘脑区的血管密度却没有改变。同样地，在I型糖尿病动物模型上，也发现长期的高血糖只能引起轻微的非肥胖小鼠的血管病变，远远不足以和慢性高脂高糖饮食处理相比较。所以作者推测，体内血糖的升高并非高脂高糖引起下丘脑重塑的重要原因。但是，有趣的是，下丘脑血管病变的起点和饮食处理组的体重分界点非常一致。并且，这一过程伴随着显著的下丘脑致血管因子VEGF的激活和血清内瘦素（Leptin）的增加。因此研究者推测：是否下丘脑的血管重塑并非被升高的血糖调节，而是和下丘脑的致血管因子、体重增加以及循环血液的瘦素水平增加有关呢？
首先从体重增加致血管再生的相关性进行探索，研究者给予小鼠进行了饮食逆转，即从高脂高糖饮食转为正常饮食5周，这一处理明显的引起了体重的下降、脂肪的减少和瘦素水平的降低。为了进一步比较，血管的重塑是因为饮食的转换还是和碳水饮食、体脂减少有关，研究者分别了做了正常组的脂肪重量和血管长度的相关性，发现血管长度和脂肪体重在各组间成强正相关。
这一结果提示微血管网络在饮食诱导的肥胖模型小鼠中发生的重构是个动态变化的过程，其间可以被影响体重减轻的因素所逆转。同时，下丘脑的VEGF阳性细胞数和Leptin的血清水平在各组（SC饮食组、HFHS饮食组、饮食逆转组和碳水限制组）的变化也基本和各组的血管变化趋势吻合。
基于脂肪含量和Leptin水平的交叉相关，研究者试图从功能上寻找下丘脑微血管变性是否由高脂高糖饮食引起的leptin水平改变有关。巧妙地利用了两种经典的肥胖小鼠模型：ob/ob小鼠和db/db小鼠。了解道格拉斯科曼连体老鼠实验历史的都知道，前者是Leptin基因的缺失，后者是leptin受体的缺失。将两种肥胖模型小鼠，喂养正常饮食和高脂高糖饮食，尽管两种模型小鼠的脂肪含量与相对应的杂合子对照组相比有明显的差异，但下丘脑的血管密度却没有明显改变。这一结果明显地提示了，脂肪含量的增多并非导致血管重塑地原因。但是在leptin缺乏的ob/ob小鼠脑室注射leptin却可以看到下丘脑血管比例的明显增加。同时这一结果伴随着体重的减轻几近25%。这一结果支持Leptin，而非肥胖相关的其他因素是导致下丘脑血管化的充分条件。为了进一步研究清楚Leptin和体脂的相互独立关系，研究者引入了诱导性转基因小鼠TRE-LeprtTA模型，可以利用四环素DOX诱导性增加Leptin的表达。这些小鼠在诱导Leptin表达4周后，与同样注射DOX的对照组相比，观察到显著的下丘脑血管的增加。这一结果还和观察到的内皮增长因子如Ki67，Vegfr2/Kdr和Cd/endoglin以及致血管因子VEGF的增加相吻合。有意思的是，Leptin对VEGF刺激作用，比两周的高脂高糖饮食更显著。相反地，在两种Leptin信号通路缺陷的肥胖小鼠模型上，尽管小鼠表现出明显的肥胖，但VEGF的表达却没有改变。
为了从不同的方面验证Leptin是否是血管重塑的真正原因。作者又做了另一个阻断性实验，即在饮食转化导致体重逆转的处理组，药理性维持小鼠体内Leptin的水平，发现Leptin水平稳定的饮食转换组并不能再逆转血管的变异。这些不同的干预实验共同验证了作者的假说，Leptin信号通路激活是驱动饮食诱导的肥胖引起下丘脑血管重塑的充分必要条件。
已有大量的证据表明缺氧诱导因子1α（HIF1α）是VEGF的直接转录调节子，并且在高脂高糖饮食和急性Leptin注射小鼠的下丘脑表达增加。为了进一步证实Leptin是否可以诱导HIF1α进而促进VEGF的表达增加，作者利用了HIF1/ODD-荧光素酶报告基因小鼠发现，Leptin的注射明显增加活体生物荧光素酶在小鼠头部腹侧的信号。进一步局部放大观察大脑的荧光素酶信号活性，Leptin引起的信号增加特异性发生在下丘脑脑区，在皮层并没有明显变化。总之所有证据都指向：与脂肪含量多少无关，Leptin信号通路才是HIF1α-VEGF信号通路以及血管密度在高脂高糖饮食处理下在下丘脑上调的驱动因素。
值得注意的是，CristinaGarcía-Cáceres一直以来的工作都是围绕星形胶质细胞如何调节肥胖相关的代谢进行的，之前最重要的一篇代表作，年在Cell上发表的Astrocyticinsulinsignalingcouplesbrainglucoseuptakewithnutrientavailability阐述了星形胶质细胞的胰岛素受体在机体葡萄糖代谢的调节中起着关键性作用。在这次的研究中，她的课题组也依然对哪类细胞类型是高脂高糖饮食引起的VEGF增加的来源进行了分析。有趣的是，利用神经元（NeuN）、小胶质细胞（Iba1）和星形胶质细胞（GFAP）的标记物发现，VEGF特异性和GFAP共表达。GFAP是否是VEGF表达增加的主要来源呢？研究者用GFAP敲除小鼠，观察发现VEGF大幅度减少，证明了GFAP表达的胶质细胞在VEGF转运至内皮细胞中的重要作用。作者为了进一步了解表达VEGF的胶质细胞亚群的特征，利用了GFAP和GLAST-Cre小鼠系，分别与双荧光表达系统ROSA26mT/mG小鼠杂交，这种小鼠在被Cre重组前表达红色荧光，在重组后表达绿色荧光。利用这个特征，作者发现高脂高糖引起的VEGF表达在GFAP表达阳性的细胞占胶质细胞的55.6%，在GLAST表达阳性的细胞占胶质细胞的65.9%。但是不管哪种星形胶质细胞类型，都表达Leptin受体。通过FACS分选，发现星形胶质细胞只表达短型Leptin受体（LepRa），但不表达通常介导瘦素信号通路的长型Leptin受体（LepRb）。利用GFAP-Cre依赖的LepR敲除小鼠，研究者发现LepR在星形胶质细胞的敲除可以逆转Leptin引起的VEGF的增加，并有pERK1/2减弱的趋势。但是这些改变依然不能完全逆转高脂高糖饮食引起的下丘脑的血管变性。既然LepR是VEGF增加的主要因素，那么这一调节过程是否通过HIF1α转录因子呢。研究者团队进一步敲除了星形胶质细胞的HIF1α，结果显示这一特异性敲除可以明显逆转高脂高糖饮食引起的血管再生的指征包括VEGF的表达增加，血管的长度和内皮细胞的增加等。
作者为了完整的研究HIF1α与VEGF在高脂高糖饮食引起的血管变形中的上下游关系，用了干扰双病*感染策略，首先利用smallhairpin(sh)RNA敲除HIF1α，然后再VEGF在GFAP标记的胶质细胞的过表达。研究团队发现，VEGF过表达可以使HIF1α敲除逆转了的血管再生恢复。至此，CristinaGarcíaCáceres课题组完整地通过正反多种策略将高脂高糖饮食肥胖引起的血管再生机制解析出来即Lepin介导的星形胶质细胞中通过HIF1αVEGF向内皮细胞的转运促进了血管的重塑。
该工作又一次证明了星形胶质细胞在调节肥胖相关代谢中扮演的重要角色，为未来进一步发现肥胖伴随的高血压机制的研究提供了工作基础。尤其对理解肥胖相关的高血压和原发性高血压的区别提供了新的科学认识，为今后临床上，不同类型的高血压控制策略提供了研究依据。
但笔者认为该工作还存在两个方面的争议：首先，Leptin受体介导的信号通路主要以长型LepRb受体为主，该工作中发现的胶质细胞表达主要以短式LepRa受体为主，那么激活下游VEGF表达的信号通路尚不清楚。其次，VEGF在大脑的表达，不同的课题组的报道不一，文章讨论中也谈到了伸展细胞中VEGF的高表达，但在作者的结果中，很难看到该区域的VEGF阳性，这一现象也令人疑惑。
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