小鼠血糖

对栖息于这颗蓝色星球上的生命而言，光是一切生命产生的源动力，也是生命体最重要的感知觉输入之一。同时生命体根据外界环境条件控制体内营养物质的代谢平衡是生存的必须，而代谢紊乱会产生严重疾病，哺乳动物已经进化出了精确和复杂的调控网络用于持续动态调控血糖代谢。大量公共卫生调查显示夜间过多光源暴露显著增加肥胖和糖尿病等代谢疾病风险，那么光作为最重要的外部环境因素，其是否直接调控血糖代谢？其中涉及哪类感光的细胞、何种神经环路以及外周靶器官，这些方面的问题一直没有得到解答。 　　1月20日，中国科学技术大学生命科学与医学部教授薛天研究团队在《细胞》(Cell)上，在线发表了题为Light modulates glucose metabolism by a retina-hypothalamus-brown adipose tissue axis的研究成果。该工作发现了光直接通过激活视网膜上特殊的感光细胞，经视神经至下丘脑和延髓的系列神经核团传递信号，最终通过交感神经作用于外周的棕色脂肪组织，直接压抑了机体的血糖代谢能力。值得指出的是，这项工作不但在小鼠动物模型上系统回答了光调节血糖代谢的生物学机理，在人体试验上也发现了同样的现象，显示光调节血糖代谢可能广泛存在于哺乳动物界。 　　研究人员首先对小鼠和人执行葡萄糖耐受性检测(GTT)，发现数个小时的光暴露显著降低了人和鼠的血糖耐受性。哺乳动物光感受主要依赖于视网膜上的各类感光细胞。除了经典的视锥(Cones)视杆(Rods)细胞介导图像视觉感知之外，光也能直接激活视网膜上的第三类感光细胞视网膜自感光神经节细胞(ipRGC)，它依靠自身表达的视黑素(Melanopsin)对波长靠近480nm的短波长蓝光敏感。ipRGC支配诸多下游脑区进而调控如瞳孔对光反射、昼夜节律、睡眠和情绪认知功能。光降低血糖耐受性通过何种感光细胞介导？通过基因工程手段，研究人员逐一使视网膜各类感光细胞丧失感光能力，发现光诱发血糖不耐受由ipRGC感光独立介导(图1)。 　　接着研究人员进一步探究视网膜至脑内的哪些核团参与光调节糖代谢。下丘脑是调控机体代谢的重要区域，其中与ipRGC有较密集连接的是下丘脑视交叉上核SCN和视上核SON核团。已知数周异常光照模式能够通过影响节律中枢SCN，造成生物钟节律失调，进而间接影响到血糖代谢功能。研究人员分别损毁或利用化学遗传手段操控ipRGC投射的SCN和SON核团，发现了光急性降低血糖耐受性这一过程独立于生物钟节律系统，而由ipRGC-SON的神经环路直接介导(图1)。 　　结合大量神经环路示踪和操控手段，研究人员进一步发现ipRGC→SONOXT(视上核内催产素(Oxytocin)能神经元)→SONAVP(SON内抗利尿激素(Vasopressin)能神经元)→PVN(下丘脑室旁核)→NTSVgat(孤束核的GABA能抑制性神经元)→RPa(中缝苍白核)这样一条脑内六级长程神经环路介导光降低血糖耐受性(图1)。 　　光影响血糖代谢必然通过外周血糖代谢的器官来执行，考虑到在环路水平上光降低血糖耐受通过中缝苍白核RPa，该核团是调节棕色脂肪组织(BAT)活性的交感前运动神经的主要部位。因此研究人员将研究锁定在棕色脂肪组织，而棕色脂肪组织的重要作用之一是代谢葡萄糖或脂肪，直接产热以维持体温稳态。研究人员发现光能显著压抑棕色脂肪组织的温度，进一步通过阻断交感神经对棕色脂肪组织的投射、以及利用热中性环境温度压抑棕色脂肪组织活性的手段，确定了光降低血糖耐受性是通过压抑脂肪组织消耗血糖的产热所导致(图1)。 　　夜行性的小鼠和昼行性的人类在诸多光调控的生理过程中表现既有相反也有相同的效应。光是否同样降低人的血糖耐受？研究人员分别使用ipRGC敏感的蓝光与ipRGC不敏感的红光，测试人在不同波长光线照射下的血糖耐受性。结果显示在蓝光照射下人的血糖耐受性显著下降。进一步研究人员将被试者处于热中性温度环境中(热中性温度下棕色脂肪组织活性被压抑)进行了血糖耐受性测试，结果显示光不再压抑血糖耐受。上述实验提示光降低人的血糖耐受性可能也是由ipRGC感知光线且通过影响棕色脂肪组织的活性所介导(图2)。 　　对这项工作的几点启示： 　　Nothing in biology makes sense except in the light of evolution，光压抑血糖代谢这一神经生理功能可能用于动物快速响应不同太阳辐照条件，以维持体温稳态。在户外环境中太阳光可以为动物提供大量的热辐射，这可以满足部分的体温维持需求，而在动物进入洞穴或树荫等诸多太阳光辐照显著降低的环境中时，机体就需要迅速响应这种辐照减少带来的热量输入损失。光通过这条“眼-脑-棕色脂肪”通路快速减低脂肪对葡萄糖的利用以降低产热，在光辐照减少的时候，棕色脂肪不再被光压抑，快速代谢血糖来维持体温稳态。 　　冷暖光也许并非单纯心理作用，可能存在生理基础。日常生活中短波光环境(蓝)让人感觉到凉爽，而长波光环境(红)让人觉得温暖，因此它们才被赋予了冷暖光的定义。冷暖色一直被定义为心理上的冷热感受。这项研究发现对短波长光敏感的ipRGC在蓝光下压抑脂肪组织产热，而在红光下脂肪组织处于活跃状态。因此我们在进入蓝光环境下产生的那种“冷”的感觉，有可能是由于脂肪产热被压抑而产生的真实感受。 这条光调控脂肪组织活性的环路可能是心理上冷暖光的生理结构基础。 　　工业化时代的代谢疾病—人造光源增加机体代谢负担。该项工作在人体的研究结果显示，昼夜节律会造成夜间人体的糖代谢能力相较白天更低，而光压抑血糖代谢是直接叠加在节律造成的夜间血糖代谢能力下降之上的(图2)。因此在夜间同时有光暴露的条件下，人体血糖代谢能力最差。工业化社会中，人类长时间的在夜间暴露于人造光源之下，加上现代人夜间饮食习惯给机体带来双重代谢负担进而可能诱发代谢疾病。大量公卫卫生学证据已经证实了这一点，最近瑞金医院宁光院士团队涉及近10万人的研究显示，夜间长期暴露于人造光下会增加血糖紊乱及糖尿病的患病风险。 　　这项光调节血糖代谢的机制研究，提示现代人健康生活应关注光线环境的健康，针对夜间光污染造成的罹患代谢疾病风险提高，应考虑生活环境中夜间人造光线的波长、强度和暴露时长。这项工作发现的感光细胞、神经环路和外周靶器官可为将来干预此过程提供潜在靶点。 　　研究工作得到国家自然科学基金、科技部、科学探索奖、中科院稳定支持基础研究领域青年团队项目、中国科大等的支持。合肥学院科研人员参与研究。图1.在小鼠上，光激活ipRGC-SONOXT-SONAVP-PVN-NTSVgat，压抑RPa和支配脂肪的交感神经，进而压抑棕色脂肪产热降低血糖耐受性。图2.在人上，光可能通过同样的神经环路机制压抑棕色脂肪产热降低血糖耐受性。相较于白天，夜晚人的血糖耐受性更低。

科学创新 | 白藜芦醇有效改善母体免疫激活(MIA) 诱导的小鼠自闭ASD症样行为自闭症谱系障碍（Autism spectrum disorder，ASD）是一种主要在儿童中出现的神经发育障碍性疾病，主要特征是社交功能障碍和局限、重复的行为或兴趣。妊娠期母体感染是子代发生ASD的重要原因，母体免疫激活(Maternal immune activation，MIA)引起的炎症浸润可导致胎儿神经发育障碍。根据流行病学调查，全球大约有7800万人患有ASD，而且在过去20年里，ASD患者的数量迅速增加。然而，一些用于治疗ASD的药物效果有限，而且还会引起高血糖、血脂异常、体重增加等副作用。因此，迫切需要找到更有效的治疗方法。近期，哈尔滨医科大学公共卫生学院儿少卫生与妇幼保健教研室在《Journal of Nutritional Biochemistry》发表题为“Resveratrol regulates Thoc5 to improve maternal immune activation-induced autism-like behaviors in adult mouse offspring”（第一作者：曾心、范琳琳；通讯作者：武丽杰、梁爽）的研究成果，基于中医药食同源的概念，验证了白藜芦醇对母体免疫激活诱导的小鼠ASD样行为的治疗作用。研究团队采用综合生物信息学方法，对药食同源的中草药和药物靶点进行了大规模筛选和分析，确定白藜芦醇和Thoc5分别是治疗母体免疫激活诱导的小鼠ASD样行为的最佳小分子成分和药物靶点，经体外实验结果显示，发现白藜芦醇能够增加Thoc5的表达。为更好的验证白藜芦醇的药用潜力，研究人员对小鼠进行了体内实验，通过 SOPTOP激光共聚焦扫描显微镜 观察Iba-1（小胶质细胞的标志物）在胎鼠大脑中的表达情况。实验结果显示，MIA胎鼠大脑中Iba-1的表达水平明显高于PBS组，但经过白藜芦醇预处理后，Iba-1在胎脑中的表达显著降低。▲免疫荧光法观察Iba-1表达情况本研究首次全面探索了药食同源草药治疗ASD的有效成分和靶点。通过体外和体内实验，成功证明了白藜芦醇能够增加Thoc5的表达，降低IL-6的水平，并抑制MIA引起的胎盘、胎脑和后代大脑皮层的炎症，改善成年后代的ASD样行为。论文信息：Zeng X, Fan L, Li M, Qin Q, Pang X, Shi S, Zheng D, Jiang Y, Wang H, Wu L, Liang S. Resveratrol regulates Thoc5 to improve maternal immune activation-induced autism-like behaviors in adult mouse offspring. J Nutr Biochem. 2024 Apr 5:109638. doi:10.1016/j.jnutbio.2024.109638. Epub ahead of print. PMID: 38583499.

“TESCAN电镜学堂”又跟大家见面了，利用扫描电镜观察样品时会关注分辨率、衬度、景深、形貌的真实性以及其他分析的需要等等，不同的关注点之间需要不同的拍摄条件，有时甚至相互矛盾。今天主要谈一谈电镜使用中如何选择合适的束斑束流？ 这里是TESCAN电镜学堂第10期，将继续为大家连载《扫描电子显微镜及微区分析技术》(本书简介请至文末查看)，帮助广大电镜工作者深入了解电镜相关技术的原理、结构以及最新发展状况，将电镜在材料研究中发挥出更加优秀的性能！ 第三节 常规拍摄需要注意的问题 平时电镜使用者都进行常规样品的观察，常规样品不像分辨率标准样品那么理想，样品比较复杂，而且有时候关注点并不相同。因此我们要根据样品类型以及所关注的问题选择合适的电镜条件。 关注分辨率、衬度、景深、形貌的真实性、其它分析的需要等等，不同的关注点之间需要不同的电镜条件，有时甚至相互矛盾。因此我们必须明确拍摄目的，寻找最适合的电镜条件，而不是贸然的追求大倍数。 电镜的工作条件包括很多，加速电压、束流束斑、工作距离、光阑大小、明暗对比度、探测器的选择等。本期将为大家介绍束流束斑的选择。 §2. 束流束斑的选择 除了加速电压外，束流和束斑也是电镜工作中非常重要的参数。一般来说，束流和束斑并不完全独立，增加束流的同时，由于Boersch效应，必然导致束斑的扩大。所以束流越大，分辨率反而越低，但是信噪比越好。 束流的选择要视具体情况，在拍摄高分辨时，需要较小的束流来获得小束斑；常规倍数可以增加束流来满足信噪比的需要；而对于分析附件，往往需要比图像拍摄大很多的束流。 对于束斑的调节，通常都认为束斑扩大会降低分辨率，如图5-22，但是反之，束斑越小真的就能获得更好的图像吗？ 图5-22束斑太大会引起分辨率的下降 看如下一组图，图5-23，左边一组图是5万倍下的图像，左边是小束斑，右边是大束斑，显然小束斑有更好的分辨率，大束斑的图像已经有些模糊。右边一组图是维持束斑大小不变拍摄的1万倍下的图像。本应有着更好的分辨率的小束斑图像却出现了失真，虽然依然有更好的分辨率。但是对于真实性和分辨率之间要根据需要来判断，此时，样品的真实性受到严重影响。 图5-23 相同束斑在不同倍数的对比 为什么会出现这样奇怪的现象？为什么更好的分辨率却没有得到更真实的图像？前面我们已经说到，电子束是由扫描线圈的脉冲信号控制，电子束在试样表面并不是连续扫描，而是逐点跳跃式的扫描。一般扫描电镜的采集像素比较大，我们会误以为是连续扫描。既然扫描电镜是束斑间断跳跃式的轨迹，那么电子束就有一定的覆盖面积。 束斑中心的距离取决于放大倍数和采集像素大小。当束斑较大时，束斑覆盖比较全面；但是当束斑减小时，束斑的覆盖区域也越来越小，所以有的特征形貌会从束斑两个跳跃中心穿过而没有被覆盖到，所以相应的形貌特征也不会反映在图像上，这就造成了信息的丢失。像上述例子，在大倍数小，束斑之间跳跃间距小，足够覆盖特征形貌，但是缩小倍数后，跳跃距离变大，束斑不足以覆盖所有的特征形貌，有的线条就反映不出来，如图5-24。 图5-24 束斑大小与电子束的扫描 电子束的扫描是根据放大倍数和采集像素大小而进行了马赛克的像素化，只要束斑缩小到和单点像素匹配就可以，束斑与束斑之间不会出现太多的重叠而导致分辨率下降。只有束斑与单点像素匹配后，再缩小束斑已经没有意义，不会带来分辨率的提升，相反会引起信息的缺失。由此我们可以得到新的结论，虽然束斑越小理论分辨率越高，但是对于实际拍摄来说，像素和束斑越匹配才是效果越好。 图5-25 束斑和像素的匹配度 图5-25中四张图片对应的束斑和单点像素（绿框）之间的关系，我们可以看出其匹配度和图像质量的关系。像素和束斑的匹配并非指束斑完全小于像素框，束斑可以看成是一个衍射波，中间呈类似高斯分布，只要半高宽和像素大致相等则视为最匹配。而此时束斑的大小是大于像素的。 而且扫描电镜是靠电子束的扫描运动，只要不同像素点覆盖区域的电子产额能够被探测器最有效处理和区分，那电镜图片也就能区分。所以扫描电镜是完全可分辨比束斑更小的细节的，而有点地方说扫描电镜不能区分比束斑更小的说法是不够严密的。束斑是单点像素1.3～2倍左右，都是最佳匹配的条件。 现在我们发现束流的设置应该是随着放大倍数而变换的，对于TESCAN用户来说，比较方便，可以直接从软件中读取当前电镜调节对应的束流，结合视野宽度很容易知道单点像素的大小，从而快速找到束斑与像素匹配的工作条件。既保证了没有信息丢失，又保证了最大的束流强度和信噪比。TESCAN的钨灯丝电镜可以直接右键进行自动束斑大小的设置，如图5-26左，场发射电镜则可以直接在信息栏中输入想要的束斑大小，如图5-26右。如果在束斑设置中输入0，则电子束缩到可能达到的最小值，这主要用于极限分辨率的观察。 图5-26 TESCAN电镜的束斑设置 此外对于EBSD分析也一样，EBSD分析为了追求速度，需要较大束流，而束流增大会增大束斑，导致花样重叠无法标定。而TESCAN用户则可以轻易的根据EBSD的步长来设置束斑大小，确保在不会出现花样重叠的情况下束斑达到最大，采集速度最快。 福利时间每期文章末尾小编都会留1个题目，大家可以在留言区回答问题，小编会在答对的朋友中选出点赞数最高的两位送出本书的印刷版。【本期问题】如何根据像素选择最合适的束斑？（快去微信留言区回答问题领取奖品吧→）奖品公布上期获奖的童鞋，请关注“TESCAN公司”微信公众号在3个工作日内后台私信小编邮寄地址，我们会在收到您的信息并核实后即刻寄出奖品。 TESCAN电镜学堂“有奖问答”奖品 (印刷版书籍1本)简介《扫描电子显微镜及微区分析技术》是由业内资深的技术专家李威老师（原上海交通大学扫描电镜专家，现任TESCAN技术专家）、焦汇胜博士（英国伯明翰大学材料科学博士，现任TESCAN技术专家）、李香庭教授（电子探针领域专家，兼任全国微束分析标委会委员、上海电镜学会理事）编著，并于2015年由东北师范大学出版社出版发行。本书编者都是非常资深的电镜工作者，在科研领域工作多年，李香庭教授在电子探针领域有几十年的工作经验，对扫描电子显微镜、能谱和波谱分析都有很深的造诣，本教材从实战的角度出发编写，希望能够帮助到广大电镜工作者，特别是广泛的TESCAN客户。↓ 往期课程，请戳以下文字或点击阅读原文：电镜学堂丨扫描电子显微镜的基本原理(一) - 电子与试样的相互作用电镜学堂丨扫描电子显微镜的基本原理(二) - 像衬度形成原理电镜学堂丨扫描电子显微镜的基本原理(三) - 荷电效应电镜学堂丨扫描电子显微镜的结构(一) - 电子光学系统电镜学堂丨扫描电子显微镜的结构(二) - 探测器系统电镜学堂丨扫描电子显微镜样品要求及制备 (一) - 常规样品制备统电镜学堂丨扫描电子显微镜样品要求及制备 (二) - 特殊试样处理&试样放置 电镜学堂丨扫描电镜的基本操作 & 分辨率指标详解电镜学堂丨电镜操作之如何巧妙选择加速电压？电镜学堂丨电镜使用中，如何选择合适的束斑束流？ 更多详情内容请关注“TESCAN公司”微信公众号查看