2021年5月4日Tim Gruber等在Cell Metabolism ( IF 27.7 )在线发表了题为“Obesity-associated hyperleptinemia alters the gliovascular interface of the hypothalamus to promote hypertension”的研究论文。该论文从小鼠模型入手揭示了饮食诱导的小鼠肥胖过程中，下丘脑的胶质血管界面会发生重塑，导致动脉高血压。并进一步阐述这一过程的分子机制是由瘦素水平升高以及局部星形胶质细胞中 HIF1α - VEGF 信号轴的上调所驱动的。
大血管和微血管并发症都是肥胖的共病，血管功能障碍被认为是肥胖相关死亡率和残疾风险增加的主要因素。虽然肥胖通常会以动脉粥样硬化和动脉高血压的形式导致大血管受损，但微血管也经常发生病变。重要的是，大血管高血压被广泛认为既先于微血管重塑的发展，又通过诱导毛细血管压力升高在功能上促进其发展。微血管不稳定性和新生血管形成是糖尿病和肥胖期间器官衰竭和残疾风险的主要威胁。
然而，微血管重塑并不仅仅局限于外周组织，也可以发生在大脑中。前期研究表明，高热量饮食会引起下丘脑微血管的特殊重塑，这在小鼠和人类中都可以观察到。受这一观察结果的启发，作者聚焦于饮食诱导肥胖（DIO）期间下丘脑血管过度生成是否是动脉高血压发展的先决条件，并进一步猜测星形胶质细胞是否参与这个过程。
由于星形胶质细胞通过物理接触和释放一系列可溶性因子，对血脑屏障（BBB）的形成和维持起着关键作用。并且之前的研究表明，星形胶质细胞可摄取循环因子（脂质、葡萄糖和激素）进入大脑，并反过来与神经元合作调节进食和全身葡萄糖代谢。但是，胶质血管层面的这种结构重塑是否以及如何促进肥胖的发生和发展仍有待阐明。因此此本文从小鼠模型入手模拟实际情景，检测小鼠生理特征及下丘脑层面的宏观及微观变化，揭示了星形胶质细胞以前所未有的方式参与了下丘脑对全身血压的调节。
1.脂肪高糖（HFHS）饮食促进特异性的促进下丘脑区域诱发微血管病变，并且发生在全身高血压发展之前。
小鼠诱导肥胖模型常被用于模拟人类肥胖相关的心血管并发症。作者首先利用小鼠模型入手，比较了C57BL/6J 小鼠在饮食诱导过程中外周血管和大脑血管的损伤时间轴。与先前的观察结果一致，与标准饲料（SC）饮食相比，长期而非短期暴露于 HFHS 饮食会表现出动脉血压的系统性升高。相比之下，下丘脑的新生血管形成（最近被确定为高热量影响的结果）发生得更快，在喂食 HFHS 饮食仅两周后就变得显著。
进一步，通过结合荧光血管造影、光学组织透明化和整个小鼠脑血管的 3D 成像，作者观察到饮食诱导的脑血管重塑仅发生于特定的下丘脑核。值得注意的是，作者还观察到，正如先前在患有肥胖、糖尿病或高血压的个体的其他组织中所报道的那样，这些血管中有很大一部分显示出有 HFHS 饮食诱导的结构和功能损伤的迹象。HFHS 饮食的小鼠，其下丘脑毛细血管中 Claudin-5 覆盖不连续（Claudin-5 是血脑屏障处紧密连接的重要组成部分）。此外，这些结构的变化与血清蛋白（如白蛋白）更高速度的渗出相关（血管高通透性），表明屏障特性的功能受损。此外，细胞外基质蛋白胶原蛋白 IV和层粘连蛋白的更多沉积使下丘脑基底膜部分的微血管明显增厚。最后，作者使用电子显微镜，进一步证实了饮食诱导肥胖（DIO）小鼠下丘脑微血管的超微结构变化，并发现长期暴露于 HFHS 饮食会导致。
2.下丘脑微血管病变发生在体重增加开开始与循环瘦素增加相一致
此前有研究表明，致肥胖饮食会引发下丘脑细胞结构重排，其中一些变化发生得非常迅速，且早于外周的任何代谢紊乱。因此，作者试图从时间上准确确定在高脂肪高糖（HFHS）饮食喂养中，下丘脑的血管生成起始时间，以确定它是发生在体重增加之前还是之后。这些结果表明，下丘脑血管过度生成的时间不仅与体重显著增加的时间相一致，还与 HFHS 饮食喂养后瘦素水平开始升高的时间一致。相反，在链脲佐菌素（STZ）诱导的 1 型糖尿病非肥胖小鼠模型中，长时间的严重高血糖与长期 HFHS 饮食喂养后的变化相比，其下丘脑新生血管生成总体幅度要小得多。结果表明，葡萄糖代谢受损在下丘脑血管重塑过程中不是主导因素。
3.小鼠下丘脑血管的过度生成可通过饮食诱导使体重减轻和血清瘦素水平正常化而逆转
作者接下来猜测基于饮食的减肥是否可以逆转小鼠下丘脑的血管过度生成。因此，作者将饮食诱导肥胖（DIO）小鼠转换回标准饲料（SC）饮食喂养 5 周，使体重、脂肪量、血清瘦素水平降低。通过荧光血管造影显示，饮食改变可以有效的使下丘脑血管形态恢复到正常水平。为了确定下丘脑微血管重塑是饮食成分的改变，还是热量摄入减少和体脂减少的结果，作者设置了一个热量限制（CR）组，给予高脂肪高糖（HFHS）组饮食量的 70%。结果表明，饮食诱导肥胖（DIO）引起的下丘脑微血管网络紊乱是一个动态过程，可在体重减轻时逆转。
4.大脑中的瘦素信号而非肥胖本身驱动下丘脑新生血管形成
鉴于肥胖程度与瘦素水平之间存在显著的相互关联，作者旨在从功能上区分下丘脑微血管病变是由高脂肪高糖（HFHS）饮食诱导的信号（如瘦素）驱动，还是由肥胖本身驱动。因此，作者使用了基因敲除小鼠，对维持在标准饲料（SC）饮食下的瘦素缺乏（Lepob/ob）和瘦素受体缺乏（Lepdb/db）小鼠进行了分析。尽管与各自的杂合子同窝对照相比，这些模型具有明显的肥胖特征，但 Lepob/ob 和 Lepdb/db 小鼠的下丘脑血管密度完全没有变化。
作者受到遗传性肥胖小鼠模型与饮食诱导肥胖（DIO）小鼠模型具有不同血管形态的启发，并且瘦素受体（LepR）在下丘脑内侧基底部（MBH）高度表达，开始进一步探究瘦素在促进下丘脑新生血管形成中的潜在作用。因此，作者通过 HFHS 饮食或外源性瘦素喂养瘦素缺乏的 Lepob/ob 小鼠来验证这一假设。虽然给 Lepob/ob 小鼠喂食 14 天的 HFHS 饮食没有导致下丘脑血管密度增加，但中枢给予瘦素输注在低剂量（50 ng / 天，持续 10 天）和高剂量（200 ng / 天，持续 7 天）时都导致了 MBH 显著且强烈的血管过度生成。重要的是，这种微血管密度的增加是在体重快速且显著下降的状态下发生的（终止时为 - 25.8% ± 0.87%），这表明瘦素信号而非肥胖的其他方面在下丘脑给予了促血管生成刺激。
为了进一步区分血清瘦素和体脂之间令人困惑的相互关联，作者采用了一种转基因小鼠模型（TRE - LeprtTA），通过在饮用水中添加多西环素（DOX）来诱导瘦素过表达。将这些瘦小鼠暴露于 DOX 饮食4 周使其出现显著的高瘦素血症，并且转基因小鼠诱导瘦素过表达可促进下丘脑血管密度增加，以及内皮增殖标志物和 VEGF 表达增加。
接下来，旨在区分体重减轻时血管密度和 VEGF 表达的正常化是由高瘦素血症还是由肥胖本身驱动。为了解决这个问题，作者对正在进行饮食转换的DIO 小鼠通过药物维持高瘦素水平（1 mg/kg 体重，每隔一天，皮下注射），并观察到升高的瘦素水平阻止了下丘脑血管形态的正常化。
接着，作者评估了下丘脑缺氧诱导因子 1α（HIF1α）的蛋白水平，它是 VEGF 的直接转录调节因子，发现下丘脑 HIF1α 水平在 HFHS 饮食喂养和急性瘦素给药（5 mg/kg 体重，腹腔注射）时往往会升高。值得注意的是，肥胖的瘦素缺乏的 Lepob/ob 小鼠在标准饲料喂养、HFHS 饮食喂养或瘦素注射的情况下，往往具有较低的 HIF1α 蛋白水平。作者通过使用 HIF1/ODD - luciferase 小鼠进一步证实了瘦素对 HIF1α 的诱导作用，且主要在下丘脑。
5.星形胶质细胞是高脂肪高糖饮食诱导的下丘脑中血管内皮生长因子（VEGF）的主要细胞来源
为了确定在高脂肪高糖（HFHS）饮食喂养或瘦素处理时下丘脑产生 VEGF 的细胞来源，进行了一系列共免疫组化染色。结果显示，VEGF 免疫反应性（ir）仅与胶质纤维酸性蛋白（GFAP）阳性的星形胶质细胞共定位，与神经元和小胶质细胞无关。进一步，作者使用 GFAP⁻/⁻小鼠的脑切片重复这些共免疫染色，观察到下丘脑 VEGF - ir 显著减少，且呈现无序和点状，这进一步支持了表达 GFAP 的星形胶质细胞在胶质血管重塑中的重要性。。接下来，作者利用人 GFAP 和 GLAST（ glutamate-aspartate transporter）诱导型 Cre 驱动系（分别为 hGFAP - CreERT2 和 GLAST - CreERT2）的重组模式，在基因层面确定了 GFAP.CreERT2/mG + 和 GLAST.CreER T2/mG + 星形胶质细胞对 VEGF 诱导的贡献。
6.下丘脑星形胶质细胞中的瘦素受体调节血管内皮生长因子（VEGF）。
为了评估下丘脑星形胶质细胞中 VEGF 的产生是否可能由瘦素的直接影响介导，作者通过细胞分选技术（FACS）对预先富集的 GLAST.CreERT2/mG + 星形胶质细胞进行分选，以通过 RT-PCR 筛选短（LepRa）和长（LepRb）瘦素受体亚型的表达。结果显示， FACS 分离的表达 GLAST 的星形胶质细胞（mG+）中，与整个下丘脑裂解物相比，仅检测到截短的 LepRa 亚型，并未发现长型 LepRb 的扩增。刺激 LepRα 可诱导 p42/44 MAPK 信号通路，在 HFHS 饮食暴露或重复瘦素注射后的小鼠模型中更明显。
为了评估星形胶质细胞中瘦素是否直接导致下丘脑 VEGF 产生增加，利用先前技术，将 hGFAP.CreERT2/+ 阳性细胞中 LepR消融（LepRi△astro/GFAP + 小鼠）。
结果显示特异性敲除LepR的小鼠可使瘦素刺激下的 VEGF 水平在蛋白和 mRNA 水平均不升高，且 pERK1/2 诱导减弱，但不影响神经元中 LepRb 依赖的 pSTAT3 激活。下丘脑星形胶质细胞中 LepR 敲除小鼠给予 HFHS 饮食仍有一定程度的血管化，但程度低于野生型。这些结果表明，星形胶质细胞在 LepRa 激活时调节下丘脑中的 VEGF 产生，但不足以完全阻止高脂高糖饮食诱导的下丘脑血管过度增生。
7.星形细胞特异性的HIF1a缺失使HFHS饮食诱导的下丘脑VEGF表达和高血管化消失
大量证据使作者认为，在高脂高糖饮食喂养期间，瘦素是下丘脑中星形胶质细胞 HIF1α-VEGF 信号通路的刺激因子。因此，作者构建了基因功能缺失小鼠模型，以评估高脂高糖饮食喂养引起的下丘脑血管动态重塑是否依赖于在表达 GFAP 和 / 或 GLAST 的星形胶质细胞中 HIF1α 的表达。作者将HIF1αloxP/loxP 小鼠与相应的星形胶质细胞 CreERT2 驱动品系杂交，获得 HIF1ai△astro/GFAP + 小鼠和 HIF1ai△astro/GLAST + 小鼠。结果发现，高脂高糖饮食喂养的 HIF1ai△astro/GFAP + 不会过度诱导星形胶质细胞中 VEGF 的表达和血管生成，还可避免下丘脑微血管 - 胶质异常，包括维持 claudin-5对的内皮覆盖、减轻了由于胶原蛋白 IV 和层粘连蛋白沉积增加而导致的基底膜增厚、减少白蛋白和 FITC - 葡聚糖（40 kDa）的血管通透性。
8.星形胶质细胞来源的 VEGF 足以引起下丘脑微血管重塑
为了确认星形胶质细胞衍生的 VEGF 是下丘脑血管动态重塑的必要且充分因素，作者通过病毒介导基因转移手段直接操纵下丘脑弓状核星形胶质细胞中 VEGF 的表达。作者先构建长合成 GFAP 2.2kb 启动子（Gfa2）驱动的小发夹（sh）RNA 表达来敲低下丘脑弓状核星形胶质细胞中的局部 VEGF 表达，进一步构建了一种双病毒方法，分别注射两种独立的载体（AAV.Gfa2.iCre 和 AAV.Gfa2.VEGFGFP），以便在下丘脑弓状核星形胶质细胞中敲除 HIF1α的同时在注射部位重新表达 VEGF。结果发现，在一部分 HIF1αAAV.Gfa2.iCre 小鼠中星形胶质细胞 VEGF 表达的重新诱导足以促进明显的血管过度增生，甚至超过了通常在高脂高糖饮食喂养的对照小鼠中观察到的情况。这些发现表明，高脂高糖饮食喂养导致的下丘脑血管病变过程中，下丘脑弓状核星形胶质细胞表达的VEGF 是必要且充分的。
9.在MBH星形胶质细胞中阻断 HIF1α 或 VEGF 表达可预防饮食诱导的肥胖中的动脉高血压和交感神经过度活跃。
动脉高血压被广泛认为是微血管重塑和损伤的重要促成因素。然而，这项研究结果却显示，在高脂高糖（HFHS）饮食下，星形胶质细胞 VEGF 的表达以及下丘脑的血管过度生成先于动脉高血压出现。这一意外的时间顺序引发了研究者的猜测，即在高糖高脂饮食期间，下丘脑自主神经前区的微血管异常可能会影响中枢高血压调节。
接下来，接受病毒介导的星形胶质细胞 VEGF 表达阻断的小鼠在高脂高糖饮食下，尽管体重很胖但是不会发展为动脉高血压。并且，在 HIF1α AAV.Gfa2.iCre 小鼠中回复VEGF的高表达之后，平均动脉血压（MAP）的这种降低效果被完全消除。为了明确交感神经在心血管系统中的作用，作者通过颈动脉给予几种血管活性化合物，同时测量心率和血压反应，结果显示心率未明显差别。为了进一步评估星形胶质细胞 VEGF 的减少如何影响心血管系统的交感神经调节作用，作者通过颈动脉内注入其药理激动剂异丙肾上腺素（50mg/kg 体重）来探测 β1/2 肾上腺素能受体功能。结果表明，肥胖的 shRNA（VEGF）GFAP + 小鼠心脏中 β2 肾上腺素能受体的表达增加，并且对异丙肾上腺素介导的心率刺激保持正常敏感性，而肥胖的对照小鼠表现出明显的变时性功能不全，表明心肌功能障碍。
最后，作者进一步探讨了中枢 VEGF 可能通过直接作用、急性的调节交感神经输出的假设，因此将 VEGF 注入侧脑室（25ng；脑室内注射），同时从支配肾脏的节后神经束进行电记录。令人惊讶的是，与给予载体相比，中枢 VEGF 输注后肾交感神经活动（SNA）大幅且稳定增加，这些发现表明中枢 VEGF 直接增加交感神经流量。
10.高脂高糖（HFHS）饮食喂养会诱导大鼠下丘脑血管生成，但高血压本身并不会诱导。
由于想知道下丘脑血管病变是原发性还是仅仅继发于血压升高，作者利用一组雄性 Wistar Kyoto（WKY）大鼠模型，其中一部分在标准饮食（SC diet）下会自发地发展出高血压。虽然自发性高血压大鼠（SHR）的血压显著升高，但它们的中脑腹侧被盖区（MBH）血管正常。而经过 4 周的高脂高糖（HFHS）饮食喂养的正常小鼠，在动脉血压尚未因饮食而升高时，大鼠的中脑腹侧被盖区就出现了明显的血管过度生成反应。这些结果表明在一种血压自发升高与饮食无关的高血压大鼠模型中确定的。
1.发现下丘脑星形胶质细胞在血压调节中的新机，揭示了下丘脑星形胶质细胞通过瘦素依赖的 HIF1α - VEGF 机制调节全身血压。
2.发现高脂高糖（HFHS）饮食喂养会使下丘脑星形胶质细胞快速诱导促血管生成的 HIF1α - VEGF 信号，引发下丘脑特有的、动态的星形胶质细胞依赖性血管过度生成反应。
3. 多因素关联的创新性，将瘦素、VEGF、HIF1α 以及下丘脑血管病变和血压调节联系在一起，明确了瘦素在大脑中通过诱导星形胶质细胞中的 HIF1α-VEGF 信号促进下丘脑血管病变发展，为研究多因素共同作用下的下丘脑血管病变和血压调节提供了新的思路。
1.对于 VEGF 在大脑中的 “非传统” 功能以及其通过慢性重塑神经胶质血管界面促进交感神经兴奋的间接机制，描述相对较为笼统，缺乏更深入的实验验证和机制解析。
2. 仅在动物模型中进行了研究，对于人类的适用性和临床意义尚未明确。动物模型与人类在生理和病理方面可能存在一定差异，因此研究结果的临床转化价值有待进一步验证。
HFHS 饮食诱导大鼠下丘脑血管生成而非高血压本身
在自发性高血压大鼠中，尽管血压升高但下丘脑血管正常，而 HFHS 饮食可使正常血压大鼠下丘脑血管化。
揭示了下丘脑星形胶质细胞通过瘦素依赖的 HIF1α - VEGF 机制参与调节全身血压。
阐述了瘦素在血管病理生理中的作用，以及与动脉高血压和交感神经系统的关系。
强调了星形胶质细胞在整合外周瘦素信号、重塑下丘脑微循环和调节血压方面的重要性。
对星形胶质细胞 VEGF 与自主神经流出和血压之间的潜在机制缺乏更详细的了解。
对中枢 VEGF 输注后 SNA 的分析是急性的，而非纵向的。
不能完全排除小鼠尾套血压和血清儿茶酚胺测量中的应激相关影响。
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