KNDy神经元分泌的kisspeptin以卵巢激素非依赖的方式维持雌性小鼠代谢稳态

《Journal of Neuroendocrinology》：KNDy kisspeptin is required for metabolic homeostasis in female mice in an ovarian hormone-independent manner

　　

促性腺激素(GnRH)脉冲性分泌异常会导致人类生殖功能障碍，且常与代谢功能紊乱相关。低促性腺激素性性腺功能减退症(HH)的特征是慢性促性腺激素分泌不足，导致不孕和肥胖等生殖与代谢损伤；多囊卵巢综合征(PCOS)则表现为促性腺激素加速分泌，引发月经稀发、不孕及2型糖尿病风险增加等生殖与代谢缺陷。下丘脑kisspeptin是调节促性腺激素分泌的关键因子，其信号传导中断会导致GnRH脉冲异常。新证据表明kisspeptin也参与能量代谢调控。本研究旨在探讨KNDy神经元内的kisspeptin影响代谢稳态的神经内分泌机制。研究人员采用Pdyn-Cre/Kiss1fl/fl敲除(Kiss1PdynKO)小鼠模型，结合高脂饮食诱导肥胖(DIO)、代谢检测及卵巢激素去除实验，评估了KNDy神经元kisspeptin在代谢调控中的作用及其与性类固醇的相互作用。外周代谢在Kiss1PdynKO雌性小鼠中比雄性受到更严重的影响，雌性表现出更严重的生殖缺陷。葡萄糖代谢异常部分归因于卵巢类固醇的缺失。研究发现，雌性小鼠KNDy神经元kisspeptin的缺失会通过降低能量消耗（而非改变摄食行为）来促进肥胖。此外，该研究明确了KNDy神经元kisspeptin作为一种中枢整合因子，在整合并调节生殖与代谢信号中具有雌性偏向性的作用。

论文解读

研究背景

生殖与代谢系统在生理上紧密交织，下丘脑弓状核中的KNDy神经元（共表达神经激肽B(NKB)、强啡肽(Dyn)和kisspeptin）是连接这两大系统的关键枢纽。尽管已有研究表明kisspeptin信号通路受损会导致生殖障碍，但其对能量代谢的特异性调控机制，特别是是否独立于性激素发挥作用，尚不完全清楚。由于性腺功能减退常伴随性激素缺乏，这往往会导致肥胖，因此很难区分代谢异常究竟是由kisspeptin本身的功能缺失引起的，还是继发于性激素缺乏。为了解开这一谜题，研究人员利用特定的基因敲除小鼠模型，深入探究了KNDy神经元来源的kisspeptin在代谢稳态中的独立作用。

技术方法

为实现上述目标，研究人员采用了多种关键技术手段。首先，构建了Pdyn-Cre/Kiss1^fl/fl条件性基因敲除小鼠模型，特异性地敲除KNDy神经元中的Kiss1基因。其次，实施了代谢表型分析，包括长期监测体重变化、进行葡萄糖耐受量测试(GTT)和胰岛素耐受量测试(ITT)以评估糖代谢功能。此外，利用EchoMRI技术对小鼠的身体成分（脂肪量与瘦体重）进行了精确分析，并通过间接热量测定系统(CLAMS)测量了耗氧量(VO₂)、二氧化碳产生量(VCO₂)及产热量，以量化能量消耗水平。最后，研究人员对雌性小鼠实施了卵巢切除术(OVX)，以剥离卵巢激素的影响，从而单独评估kisspeptin缺失对代谢的直接影响。

研究结果

3.1 Kiss1^PdynKO雌鼠因体脂过多而肥胖，而雄鼠虽体脂增加但体重维持正常

在正常饮食和高脂饮食条件下，雌性Kiss1^PdynKO小鼠均表现出显著的体重增加和体脂率上升，而雄性KO小鼠虽然体脂百分比增加，但由于瘦体重显著减少，总体重并未发生明显变化。这表明kisspeptin缺失对两性身体成分的影响存在显著差异。

3.2 Kiss1^PdynKO雌鼠白色脂肪组织中脂肪细胞体积增大

组织学分析显示，雌性KO小鼠内脏白色脂肪组织(vWAT)和皮下白色脂肪组织(scWAT)中的脂肪细胞出现了明显的肥大现象，大体积脂肪细胞比例显著增加，而脂肪细胞总数减少。相比之下，雄性小鼠的脂肪细胞大小分布未受基因型显著影响。

3.3 KNDy神经元Kiss1的缺失导致雌鼠葡萄糖耐量受损及轻微的胰岛素抵抗

代谢功能测试表明，雌性KO小鼠表现出严重的葡萄糖不耐受，空腹血糖水平显著升高。虽然胰岛素敏感性仅有轻微下降，但这足以说明kisspeptin缺失破坏了雌性小鼠的血糖稳态。雄性小鼠在糖代谢方面则未表现出类似的基因型差异。

3.4 KNDy神经元Kiss1不影响每日摄食量或随时间变化的卡路里摄入

值得注意的是，无论是雌性还是雄性KO小鼠，其日常摄食行为和总卡路里摄入量均与野生型对照组无显著差异。这排除了“吃得更多”是导致KO小鼠肥胖的原因，将焦点转向了能量消耗的减少。

3.5 Kiss1^PdynKO雌鼠能量消耗降低，而雄鼠无此现象

间接热量测定结果显示，雌性KO小鼠在主动活动期的耗氧量、二氧化碳产量和产热量均显著低于对照组，表明其整体能量消耗水平下降。与之相对，雄性KO小鼠的能量消耗并未受到显著影响。

3.6 在肥胖发生前的年轻青春期后Kiss1^PdynKO小鼠中，代谢率未受损

为了排除肥胖本身对代谢率的反向影响，研究人员在小鼠肥胖发生前（7-8周龄）进行了早期检测。结果显示，此时雌雄KO小鼠的代谢率均未出现明显异常，说明能量消耗降低是随着kisspeptin缺失和时间推移而逐渐显现的继发性结果。

3.7 卵巢激素的缺失导致的脂肪增加和葡萄糖不耐受程度与Kiss1^PdynKO雌鼠相似

通过卵巢切除实验发现，去除卵巢激素的野生型雌鼠同样出现了体重增加、体脂上升和葡萄糖不耐受，其表型与Kiss1^PdynKO雌鼠高度相似。这证实了卵巢激素（如雌激素）的缺乏对代谢具有负面影响。

3.8 KNDy神经元Kiss1的缺失（而非卵巢激素的缺失）降低了能量消耗

关键的对比在于，虽然去卵巢和KO都能引起肥胖和糖代谢异常，但能量消耗的降低仅发生在Kiss1^PdynKO小鼠中，去卵巢小鼠的能量消耗仅呈中度非显著下降。这说明kisspeptin是维持正常能量消耗的关键因素，且该作用不依赖于卵巢激素的存在。

讨论与结论

综上所述，本研究揭示了KNDy神经元分泌的kisspeptin在维持雌性代谢稳态中扮演着不可或缺的角色。研究明确证实，kisspeptin缺失导致的肥胖并非源于食欲增加，而是由于能量消耗（特别是产热过程）的显著抑制。更重要的是，这种对能量消耗的调控是以卵巢激素非依赖的方式进行的。尽管卵巢激素的缺乏也会加剧代谢紊乱，但kisspeptin本身对棕色脂肪组织(BAT)功能和全身代谢率的调节具有独立且关键的作用。这些发现不仅阐明了生殖与代谢系统交叉对话的新机制，也为理解女性肥胖及相关代谢疾病的发病机制提供了新的神经内分泌视角。