薛天團隊發現，光通過激活視網膜中特殊的感光細胞，向下丘腦和延髓的一系列神經核團傳遞信號，最終通過交感神經作用于外周棕色脂肪組織，從而抑制機體的血糖代謝能力。

生命為了生存，必須根據外界環境條件控制體內營養物質的代謝平衡。哺乳動物已經進化出精確而復雜的調節網絡，用于連續和動態地調節血糖代謝。大量公共健康調查顯示，夜間過度光照會顯著增加肥胖、糖尿病等代謝性疾病的風險。光作為最重要的外界環境因素，是否直接調節血糖代謝？這些問題涉及到什么樣的感光細胞，什么樣的神經回路和外周靶器官，都沒有答案。

近日，中科大生命科學與醫學系薛天教授團隊在《細胞》雜志上在線發表了一項研究成果。他們發現，光線通過激活視網膜中特殊的感光細胞，將信號通過視神經傳遞到下丘腦和延髓中的一系列神經核團，最終通過交感神經作用于外周棕色脂肪組織，從而直接抑制人體代謝血糖的能力。

視網膜自我感知神經節細胞是“信號發生器”

研究小組首先對小鼠和人類進行了葡萄糖耐量試驗，發現幾個小時的光照顯著降低了人類和小鼠的葡萄糖耐量。哺乳動物的光感知主要依賴于視網膜中的三種感光細胞。除了視錐細胞和視桿細胞介導的圖像視覺感知，光還可以直接激活視網膜上的第三類感光細胞——視網膜自感光神經節細胞，它們依靠自身表達視黃醇，對波長接近480 nm的短波藍光敏感。IpRGC控制許多下游腦區，然后調節瞳孔對光的反射、晝夜節律、睡眠和情緒認知等功能。什么感光細胞介導光降低血糖耐受力？團隊通過基因工程，將上述三類感光細胞的感光能力逐一“敲除”，發現光誘導葡萄糖不耐受是由ipRGC獨立介導的。

然后，研究小組探索了小鼠從視網膜到大腦的哪些核團參與了光調節血糖代謝的生理過程。下丘腦是調節代謝的重要區域，其中ipRGC向下丘腦視交叉上核和視上核(SON)發出密集的神經纖維。已知持續數周的異常光照模式可影響SCN核，引起小鼠晝夜節律紊亂，進而間接影響其血糖代謝功能。團隊通過化學遺傳手段分別破壞或操縱ipRGC投射的SCN核和SON核，發現光導致血糖耐受急性降低的過程不依賴于晝夜節律系統，而是由ipRGC投射到SON核的神經環路直接介導。

通過影響褐色脂肪組織來抑制葡萄糖代謝

血糖代謝僅受影響外周血糖代謝器官的影響。換句話說，該團隊必須找出是什么器官介導光來阻止血液中的葡萄糖代謝。他們最終將目光投向了棕色脂肪組織，這是一種血糖的“大消費者”。

棕色脂肪組織主要分布在肩胛區、腋窩和頸后。其重要功能之一是燃燒葡萄糖或脂肪，直接產生熱量，維持體溫穩態。研究人員還觀察到，光能顯著抑制棕色脂肪組織的溫度。

研究小組確定，對光的耐受性以降低血糖是通過抑制棕色脂肪組織的產熱來實現的，從而減少了該組織對葡萄糖的利用。

老鼠白天臥，晚上出，作息時間與人相反。人體的血糖代謝是否也受光的調節？研究小組使用ipRGC敏感的藍光和ipRGC不敏感的紅光來測試人們在不同波長的光下的血糖耐受性。結果表明，只有在藍光照射下，人的血糖耐受力才會明顯下降。研究小組在熱中性的溫度環境中測試了受試者，結果顯示光線不再抑制血糖耐受性。上述實驗提示，光可以降低人的血糖耐受量，其機制很可能與小鼠相同，即光也被人的ipRGC感知，并由人的褐色脂肪組織介導。

這項關于光調節血糖代謝機制的研究提示現代人應重視光環境對健康的影響。鑒于夜間光污染導致代謝性疾病風險增加，人們應考慮夜間生活環境中人造光的波長、強度和暴露時間。