客户文章【Cell Metabolism】丨组织透明化揭示慢性应激诱发焦虑和高血糖的关键作用机制
慢性应激如何引发焦虑与高血糖？杏仁核星形胶质细胞研究揭示新机制
引言：慢性应激（CS）与焦虑、高血糖及2型糖尿病密切相关，但中枢胶质细胞如何通过自主神经系统影响外周代谢，仍缺乏清晰机制解释。近日，厦门大学张杰/冷历歌团队在 Cell Metabolism 发表研究，结合单核RNA测序、电生理记录、组织透明化三维成像等技术，揭示慢性应激可通过杏仁核星形胶质细胞 PBX1-HK2 通路诱发细胞衰老，破坏丝氨酸代谢与神经元功能，并经脑-胰自主神经轴引发焦虑样行为和高血糖。研究还发现，补充 L-丝氨酸或清除衰老细胞可缓解相关神经行为和代谢异常，为应激相关疾病干预提供新思路。
研究背景
慢性应激与焦虑、高血糖及2型糖尿病密切相关，但中枢胶质细胞如何通过自主神经调控外周代谢的机制尚不明确。传统组织切片难以完整呈现胰腺神经支配的三维结构与环路连接，限制了脑-内脏轴机制的深入探索。
近日，厦门大学张杰/冷历歌团队在 Cell Metabolism 发表题为《Amygdala astrocyte senescence drives stress-induced anxiety and hyperglycemia》的研究。该研究依托单核RNA测序、电生理记录与组织透明化三维成像等技术，证实慢性应激通过杏仁核 PBX1-HK2 通路诱发星形胶质细胞衰老，破坏丝氨酸穿梭，进而改变胰腺自主神经平衡，引发焦虑与高血糖。补充 L-丝氨酸或给予达沙替尼/槲皮素以消除衰老细胞，可缓解慢性应激诱导的神经行为和外周高血糖。
研究结果
1. 慢性应激触发杏仁核星形胶质细胞衰老与血糖紊乱
研究构建慢性应激小鼠模型（FS），行为学结果显示小鼠出现焦虑样表型，糖代谢检测提示糖耐量受损、胰岛素抵抗与高血糖。单核RNA测序显示，杏仁核星形胶质细胞比例与转录状态显著改变，RNA速率分析提示星形胶质细胞变化早于神经元。KEGG与分子检测进一步证实，应激小鼠杏仁核衰老通路富集，p16、p21等衰老标记物升高，SA-β-gal染色定位星形胶质细胞为主要衰老细胞类型。
图1 慢性应激模型破坏全身血糖稳态并导致行为缺陷
2. 星形胶质细胞HK2缺失是应激表型的核心驱动因素
通过星形胶质细胞全身敲除与杏仁核区域性敲低 HK2，研究发现两种模型均可重现应激小鼠的焦虑行为与糖代谢异常。分子水平显示，HK2 缺失可直接上调星形胶质细胞衰老标记，离体抑制剂处理也验证 HK2 下调可诱导细胞衰老。该结果排除其他脑区与细胞类型干扰，确认杏仁核星形胶质细胞 HK2 降低是介导焦虑与高血糖的重要因素，且不伴随 HK1、HK3 代偿性变化。
图2 星形胶质细胞 HK2 缺失可诱导细胞衰老及类中枢神经系统表型
3. PBX1-HK2轴调控丝氨酸合成通路决定胶质衰老进程
转录调控分析筛选出 PBX1 为 HK2 上游转录因子，荧光素酶与 DNA 下拉实验证实 PBX1 可直接结合 HK2 启动子并激活转录。代谢组与 METARECON 分析显示，HK2 缺失通过限制糖酵解通量阻断丝氨酸合成，导致星形胶质细胞 L-丝氨酸耗竭。尽管通路基因出现代偿性上调，仍无法逆转底物缺乏。过表达挽救实验进一步确认，PBX1 通过 HK2 发挥作用，明确了应激下 PBX1-HK2-丝氨酸轴驱动胶质衰老的分子链条。
图3 星形胶质细胞中 HK2 缺失后丝氨酸生成减少是驱动衰老星形胶质细胞积累的关键
4. 丝氨酸穿梭障碍破坏突触功能与杏仁核环路稳态
星形胶质细胞-神经元共培养显示，HK2 缺陷使神经元 D-丝氨酸生成减少，树突复杂度与突触蛋白水平下降，衰老标记升高。在体电生理结果显示，杏仁核区域性 HK2 敲低小鼠出现宽频 LFP 功率升高、放电异常与突触可塑性增强，提示环路过度兴奋。补充 L-丝氨酸或使用衰老清除剂可恢复电生理稳态，说明胶质细胞丝氨酸供应是维持杏仁核突触与环路功能的重要条件。
图4 星形胶质细胞 HK2 缺失会损害丝氨酸穿梭及神经元突触功能
5. 组织透明化成像揭示脑-胰自主神经失衡的结构基础
研究应用组织透明化技术（FDISCO，JARVISbio）结合光片三维成像，完整解析胰腺神经-胰岛网络的三维结构，直观显示应激小鼠胰岛交感神经纤维增加、副交感纤维减少，形成交感优势的支配模式。跨突触逆行示踪锁定杏仁核-下丘脑-脊髓-胰腺的多突触通路，光纤记录与化学遗传操控进一步证实，杏仁核 TH/ChAT 神经元活动失衡可直接调控外周儿茶酚胺、乙酰胆碱释放与血糖水平，从而建立中枢胶质异常与外周代谢紊乱之间的结构和功能联系。
图5 慢性应激通过激活交感神经支配并抑制副交感神经支配损害胰腺功能
6. 干预丝氨酸代谢与衰老可逆转应激相关表型
在体干预显示，杏仁核过表达 HK2、侧脑室给予 L-丝氨酸或腹腔注射达沙替尼/槲皮素，均能缓解应激小鼠焦虑样行为，改善葡萄糖耐量与胰岛素敏感性。分子层面上，这些干预可恢复杏仁核丝氨酸水平、降低胶质细胞衰老，并促使胰腺神经支配重新趋于平衡。该结果为应激相关焦虑与代谢异常提供了具有转化潜力的干预靶点。
图6 L-丝氨酸或 DQ 给药可缓解 FS 小鼠和 HK2 敲除小鼠中与慢性应激相关的神经行为及代谢功能障碍
研究总结
本研究系统阐明了慢性应激通过杏仁核星形胶质细胞 PBX1-HK2 通路诱发衰老、阻断丝氨酸合成，并经脑-胰自主神经轴引发焦虑与高血糖的完整机制。研究利用组织透明化技术实现胰腺神经支配的三维可视化，突破传统切片在结构解析上的局限，为脑-内脏轴研究提供了方法学借鉴。同时，研究证实靶向胶质细胞代谢与衰老可同时改善神经行为与外周代谢异常，为应激相关疾病提供了潜在干预策略。