科学家们首次揭示了下丘脑在睡眠中分泌的一种激素如何直接影响食欲调节和新陈代谢，一种全新的减肥治疗候选药物已摆上桌面。 这为开发一种新型药物打开了大门，这种药物可以像GLP-1激动剂一样解决肥胖问题。
中南大学湘雅医院内分泌科的研究人员在《Cell Research》期刊上发表了题为 “Raptin， a sleep-induced hypothalamic hormone， suppresses appetite and obesity” 的论文。该研究发现了一种睡眠诱导的下丘脑激素 Raptin，它在抑制食欲和预防肥胖方面发挥着关键作用，为深入理解睡眠与肥胖之间的关系提供了新视角，也为肥胖的治疗开辟了潜在的新途径。
一、研究背景
在现代社会，睡眠不足已成为一种普遍现象，并且是引发代谢疾病的主要原因之一。过往研究表明，睡眠不足会增加能量摄入，尽管其对能量消耗的影响存在争议，但近期临床研究显示，睡眠剥夺人群的能量摄入增加，而能量消耗却没有差异，因此睡眠不足导致肥胖的具体机制亟待深入探究。
睡眠作为一种受昼夜节律调节的行为，与身体节律和激素平衡密切相关。昼夜节律的紊乱会干扰食欲激素的水平，下丘脑作为激素分泌的关键脑区，在睡眠 - 觉醒周期被打乱时会受到影响。其中，下丘脑的室旁核（PVN）负责合成和释放激素，视交叉上核（SCN）作为昼夜节律中心，能够调节 PVN 中激素的每日释放，对能量平衡起着至关重要的作用。因此，寻找受昼夜节律影响的新下丘脑激素，有望为肥胖的治疗提供关键线索。
二、研究材料和方法
（一）实验动物
研究使用了多种小鼠品系，包括 C57BL/6J 小鼠、Grm3lox/lox 小鼠、Cas9 - EGFP [KI/+] 小鼠、Pomc - Cre 小鼠、AgRP - Cre 小鼠、Avp - Cre 小鼠、Sim1 - Cre 小鼠和 Rcn2 - floxed 小鼠等。所有小鼠均饲养于中南大学实验室动物研究中心的特定病原体无污染设施中，维持在标准环境条件下，并自由获取食物和水。实验动物的使用和护理遵循相关动物伦理委员会的批准。
（二）细胞培养
实验使用了下丘脑 GT1 - 7 神经元、HEK293T 细胞和原代下丘脑神经元。这些细胞在含有特定成分的培养基中培养，培养条件为 37°C、5% CO?的湿润环境。在实验中，对细胞进行不同处理，以研究相关蛋白和信号通路的变化。
（三）实验模型构建
通过睡眠片段化（SF）干预构建 SF 小鼠模型，模拟长期睡眠干扰状态；通过高脂饮食（HFD）喂养诱导小鼠肥胖，用于研究肥胖与睡眠、Raptin 之间的关系。同时，利用基因编辑技术构建特定基因敲除或过表达的小鼠模型，如 PVN 特异性 Rcn2 或 Grm3 敲除小鼠、Rcn2 过表达小鼠等，以探究这些基因在相关生理过程中的作用。
（四）检测方法
运用质谱分析（MS）鉴定蛋白质、筛选 Raptin 的受体以及分析磷酸化蛋白质组；通过蛋白质免疫印迹（Western blot）分析蛋白质表达水平；利用单细胞 RNA 测序（scRNA - seq）分析细胞类型和基因表达；采用免疫荧光染色和组织化学方法观察蛋白质在组织和细胞中的定位与表达；运用 ELISA 检测血浆中 Raptin 和其他生化指标的浓度。此外，还使用了病毒载体介导的基因传递技术、立体定位注射技术、体内光纤光度法、化学遗传学和光遗传学技术等，以实现对神经元活动的操控和相关生理过程的研究。
三、研究技术路线
Raptin 的发现：研究人员利用 SF 小鼠模型，通过 MS 分析下丘脑差异表达的蛋白质，筛选出 RCN2 进行深入研究。通过一系列实验，包括蛋白质免疫印迹、免疫荧光染色、质粒转染和 MS 分析等，确定 RCN2 可被切割成一种新的蛋白质激素 Raptin，并且发现 Raptin 在睡眠期间分泌达到峰值。
Raptin 释放的调控机制：运用病毒介导的基因标记、神经示踪技术（逆行追踪和顺行追踪）、化学遗传学和光遗传学技术，研究 SCN 神经元对 PVN 中 RCN2 阳性神经元活动的调控作用，以及这种调控对 Raptin 释放的影响，从而揭示 Raptin 释放的神经环路机制。
Raptin 的功能研究：构建 Rcn2 过表达和敲除小鼠模型，给予重组 Raptin 蛋白处理，检测小鼠的体重、食物摄入量、代谢指标（如葡萄糖耐量、胰岛素敏感性）、脂肪积累等，研究下丘脑来源的 Raptin 对食欲和肥胖的影响。通过构建 Grm3 敲除小鼠模型，结合结合实验、电生理实验、磷酸化蛋白质组学分析等，探究 Raptin 与受体 GRM3 的结合及对神经元活动、线粒体运动、能量供应和食欲控制的作用机制。
临床相关性研究：对 262 名参与者进行横断面研究，分析睡眠质量、Raptin 释放与肥胖之间的关系；对肥胖和失眠患者进行前瞻性队列研究，观察睡眠限制疗法（SRT）对 Raptin 水平、体重和能量摄入的影响。对 2000 名肥胖患者进行 Sanger 测序，筛选 RCN2 基因变异，研究其与肥胖和夜食综合征（NES）的关联。
四、研究结果
（一）Raptin 是小鼠和人类睡眠诱导的下丘脑激素
研究人员利用 SF 小鼠模型，发现 2 个月的 SF 干预会加速小鼠体重增加和食物摄入，但能量消耗无显著差异。通过 MS 分析下丘脑差异表达的蛋白质，筛选出 RCN2 进行后续研究。scRNA - seq 数据整合和免疫荧光染色显示，Rcn2 主要在神经元中表达，且在 PVN 中高度表达，在睡眠阶段（ZT0 和 ZT6）表达更高。将携带 Flag - Rcn2 质粒的载体转染到下丘脑 GT1 - 7 神经元后，在细胞培养基中发现了一种从 RCN2 切割产生的较短片段，经鉴定命名为 Raptin。小鼠和人类血浆 Raptin 水平的检测结果表明，其分泌高峰均出现在睡眠期间。此外，研究还确定了可能负责切割 RCN2 的酶为激肽释放酶相关肽酶（如 KLK1、KLK4），且 Raptin 分泌的昼夜变化可能源于前体表达的变化。
（二）Raptin 释放的昼夜节律受 SCN AVP 神经元控制
通过立体定位注射重组腺相关病毒（AAV）标记 PVN 中的 RCN2 阳性神经元，运用逆行追踪和顺行追踪技术，发现 SCN 中血管加压素（AVP）神经元与 PVN - RCN2 神经元之间存在广泛的神经连接。化学遗传学和光遗传学实验表明，SCN AVP 神经元能够控制 PVN RCN2 神经元的活动，进而调节 Raptin 的释放。具体来说，抑制 SCN AVP 神经元会减少 Raptin 释放并增加食物摄入，而激活 SCN 神经元则会增加 Raptin 释放并降低食物摄入量。在 PVN 特异性 Rcn2 缺失小鼠中，激活 SCN 神经元无法增加血浆 Raptin 水平，进一步证实了 PVN RCN2 神经元在该调节通路中的重要性。
（三）下丘脑来源的 Raptin 抑制食物摄入并预防肥胖
在 SF 小鼠中，PVN 神经元中 RCN2 表达减少，血浆 Raptin 水平显著降低，且 Raptin 分泌的节律性在 SF 条件下被破坏，但在持续黑暗中仍存在，表明其分泌受 SCN 神经元内源性 AVP 昼夜活动调节。PVN 中过表达 Rcn2 可提高 Raptin 水平，减轻 SF 小鼠的体重增加和食物摄入，改善葡萄糖耐量、胰岛素敏感性和脂肪积累。给予重组 Raptin 蛋白处理，无论是脑室内（ICV）输注还是腹腔注射，均能抑制食欲和胃排空。在 HFD 诱导的肥胖小鼠中，ICV 输注 Raptin 可导致体重减轻和食欲抑制。此外，研究发现 Raptin 对食欲的抑制作用并非通过直接影响弓状核（ARC）中的 POMC 神经元和 AgRP 神经元实现。PVN 特异性 Rcn2 缺失小鼠体重增加，食物摄入增多，能量消耗减少，而 ICV 输注 Raptin 可有效改善这些表型。
（四）Raptin 与 PVN 和胃神经元中的 GRM3 结合以抑制食物摄入
通过 MS 分析，研究人员鉴定出 GRM3 为 Raptin 的新受体，饱和结合实验和免疫沉淀实验证实了两者的结合。分子动力学聚类分析确定了 GRM3 与 RCN2 结合的关键残基为 Asn495。GRM3 在小鼠下丘脑和胃中高度表达，结合实验表明 Raptin 靶向 PVN 和胃肌层中的 GRM3。PVN 和胃特异性 Grm3 敲除小鼠表现出体重增加、食物摄入增多和胃排空加速的表型。在双组织特异性 Grm3 缺失小鼠中，Raptin 的减肥、抑制食欲和改善代谢的作用被阻断，表明 PVN 来源的 Raptin 通过与 PVN 和胃神经元中的 GRM3 结合，抑制食欲和胃排空，最终降低体重。
（五）Raptin - GRM3 信号维持神经元激活和厌食作用的能量供应
构建携带 Grm3 启动子和 EGFP 报告基因的 AAV 标记 PVN 中的 GRM3 阳性神经元，通过膜片钳电生理分析发现，Raptin 能激活 Grm3flox/flox 小鼠脑片中的 PVNGRM3 神经元，但对 Sim1Cre;Grm3flox/flox 小鼠无此作用。c - Fos 染色显示，Raptin 可激活胃中的 NOS1 + 神经元，而 Grm3 缺失则消除了该作用。全局定量磷酸化蛋白质组学分析表明，Raptin 处理影响下丘脑神经元的转运、分解代谢和细胞运动相关蛋白的磷酸化。进一步研究发现，Raptin 通过 PI3K - AKT 信号通路促进线粒体运动，增加线粒体 ATP 水平，从而维持神经元激活和厌食作用的能量供应。此外，敲低 Khc（驱动线粒体运动的关键蛋白）会削弱 Raptin 对神经元激活和食欲抑制的作用。
（六）Raptin 失调与人类睡眠不足诱导的肥胖有关
对 262 名参与者的横断面研究表明，肥胖个体睡眠质量较差，血浆 Raptin 水平较低。在肥胖人群中，睡眠效率与 BMI 呈负相关，Raptin 水平与睡眠质量指标（除总睡眠时间外）和 BMI 相关。对肥胖和失眠患者的前瞻性队列研究显示，3 个月的 SRT 治疗可改善睡眠效率，降低体重和能量摄入，同时增加血浆 Raptin 水平，且 Raptin 水平的变化与睡眠效率改善指标呈正相关，与体重和能量摄入的减少呈负相关。
（七）RCN2 无义突变导致夜食综合征
对 2000 名肥胖患者进行 Sanger 测序，发现一个 RCN2 杂合无义变异（c.469C>T），该变异与肥胖在特定家庭中共分离。携带该变异的肥胖患者均患有 NES，且其血浆 Raptin 水平在夜间睡眠阶段较低，夜间食物摄入量增加。在细胞实验中，过表达该变异的 RCN2 无法分泌 Raptin 片段，也不能与 GRM3 结合激活下游 AKT 信号通路，表明该变异导致 Raptin 功能丧失。
五、研究结论
本研究发现了一种睡眠诱导的下丘脑激素 Raptin，它由 RCN2 切割产生，其释放受 SCN AVP 神经元调控，在睡眠期间达到分泌高峰。Raptin 通过与 PVN 和胃神经元中的 GRM3 结合，抑制食欲和胃排空，进而减少体重增加，预防肥胖。Raptin - GRM3 信号通过 PI3K - AKT 通路维持神经元激活和厌食作用的能量供应。在人类中，睡眠不足与肥胖相关，且肥胖患者的睡眠改善可促进 Raptin 释放，抑制食物摄入。此外，RCN2 的无义突变与 NES 和肥胖相关，该突变导致 Raptin 功能丧失。
六、研究讨论
本研究具有多方面的重要意义。在基础研究领域，Raptin 的发现为理解下丘脑激素在能量平衡调节中的作用提供了新的视角，揭示了睡眠与肥胖之间的一种潜在分子机制。Raptin 作为一种受昼夜节律调节的激素，其分泌高峰与睡眠阶段一致，这为解释睡眠不足导致食欲增加和肥胖的现象提供了新的理论依据。在临床应用方面，GRM3 作为 Raptin 的受体，为肥胖治疗药物的研发提供了新的潜在靶点。此外，研究揭示的睡眠质量与 Raptin 水平、肥胖之间的关系，强调了改善睡眠质量在预防和治疗肥胖中的重要性。对于携带 RCN2 无义突变的肥胖患者，进一步探究该突变影响肥胖的具体机制，有望为个性化治疗提供新的思路。
然而，该研究也存在一些局限性。虽然研究表明 Raptin - GRM3 信号在 PVN 和胃中对食欲有显著影响，但 Raptin 是否通过骨骼肌或脂肪组织调节食欲和体重仍有待探索。此外，Raptin - GRM3 复合物是否通过偶联特定的 G 蛋白来控制 AKT 通路和抑制食欲，以及突变的 Raptin 是否以显性负性方式影响野生型 Raptin 水平，还需要进一步研究。未来的研究可以围绕这些问题展开，以更全面地了解 Raptin 在能量平衡调节中的作用机制，为肥胖的防治提供更坚实的理论基础和更有效的策略。
该研究发表在《细胞研究》杂志上。