Жировая ткань млекопитающих сильно иннервирована. Эта иннервация изучалась в основном с точки зрения ее эфферентных функций через тирозингидроксилазу (TH) - экспрессирующие норадреналин-секретирующие симпатические волокна^3,4. Эти симпатические волокна действуют на β-адренергические рецепторы и играют признанную роль в регуляции термогенеза и липидного обмена как в буром, так и в бежевом (beige) жире⁵.

Афферентная (центростремительная) функция иннервации жировой ткани изучена гораздо меньше. Жировая ткань является одним из немногих внутренних органов, которые получают мало вагycной сенсорной иннервации². Напротив, соматосенсорные волокна, исходящие из ганглиев дорсальных корешков (DRGs) - наиболее известных для кожных и мышечных ощущений - иннервируют жировую ткань у крыс и хомяков^2,6, но степень и важность этой иннервации у разных видов еще предстоит определить⁷. Хотя новаторская работа с использованием трассировки с помощью вируса герпеса позволила элегантно отобразить центральную проекцию жировых афферентных волокон⁸, функциональное значение этой сенсорной иннервации остается менее понятным, поскольку традиционная химическая или хирургическая денервация сенсорных волокон приводила лишь к незначительным фенотипическим отклонениям у хомяков^2,9. Поскольку мы начинаем понимать клеточную и молекулярную гетерогенность нейронов DRGs¹⁰ и жировой ткани⁵ , специфичность прежних классических подходов к денервации нуждается в переоценке. Например, в то время как хирургическая денервация не может различать сенсорные и симпатические волокна, поскольку они проходят вместе в пучках, капсаициновая денервация, которая, как считалось, избирательно уничтожает сенсорные волокна в жировой ткани, может быть направлена на не-нейрональные, экспрессирующие переходные рецепторные потенциальные ванилоиды (TRPV1), клетки^11-13. Более того, капсаицин-опосредованная денервация явно направлена на теплочувствительные и ноцицептивные (болевые) TRPV1-экспрессирующие нейроны (Aδ- и C-волокна)^14,15, что потенциально ослабляет фенотипические проявления потери функции⁹. С другой стороны, теперь известно, что значительная не-пептидергическая популяция DRGs также экспрессирует TH¹⁶, что ставит под сомнение использование TH в качестве селективного маркера симпатических волокон в жировой ткани. Эти предостережения побудили нас разработать новые визуализирующие, молекулярные и специфические инструменты для изучения сенсорной иннервации в жировых тканях.

В традиционных исследованиях по отслеживанию вирусы или красители вводятся в жир для ретроградного переноса обратно в тела DRGs и оцениваются гистологически. Это косвенное измерение подвержено различиям в эффективности трассирующих веществ у разных хозяев, что может быть причиной расхождений, наблюдаемых у разных видов животных^6-8. В идеале, прямая визуализация всей проекции от тел в DRGs к органам-мишеням, например, с помощью заполняющего аксон флуорофора, обеспечила бы наиболее надежное анатомическое доказательство. Однако периферическая ветвь DRGs мыши проходит несколько сантиметров, прежде чем достигнет своих целей, что делает невозможным ее визуализацию с помощью обычной гистологии. Недавно мы разработали метод HYBRiD, специально предназначенный для блочной флуоресцентной визуализации крупных тканей¹⁷, что открывает путь к прямой характеристике интактной сенсорной иннервации от DRGs до жировой ткани.

Еще одним препятствием для селективного маркирования сенсорной иннервации в жировой ткани является то, что обычные трансгенные мыши с пан-DRG Cre (такие как Pirt-Cre, Scn10a-Cre, Advillin-CreERT218) также задействуют симпатические нейроны (расширенные данные рис. 1a). Поэтому мы применили операцию введения внутрь ганглиев DRGs у мышей, чтобы напрямую ввести рекомбинантный адено-ассоциированный вирус (AAV), экспрессирующий флуоресцентный белок, в отдельные DRGs без трансдукции симпатических ганглиев (рис. 1a и расширенные данные рис. 1b). В остальной части исследования мы сосредоточились на паховой белой жировой ткани (iWAT), т.е. бежевой жировой подушке с хорошо известной ролью в физиологии мыши¹⁹. Мы ввели AAV, экспрессирующий флуоресцентный белок, в тораколюмбальные DRG (на уровне позвонков T13 и L1 (T13/L1)6), чтобы нацелить все проецирующие волокна от этих двух ганглиев. После блочной очистки HYBRiD и визуализации всего туловища (рис. 1a), можно было увидеть всю проекцию от тела DRG к iWAT на протяжении 1,2 см (рис. 1b-d и Дополнительное видео 1), что однозначно свидетельствует о том, что тораколюмбальные DRG непосредственно иннервируют iWAT (Расширенные данные рис. 1c).



Fig. 1: Adipose tissues receive robust somatosensory innervations.

a, The workflow of mapping sensory innervation in adipose tissues. Tissues from mice with AAV expressing fluorescent protein (FP) injected in T13/L1 DRGs (vertebral level T13 and L1) were processed for en bloc HYBRiD clearing and fluorescence microscopy imaging. b-d, Representative 3D image volume of AAV-labelled DRGs (T13) by light-sheet imaging (b), DRG fibres in the iWAT by confocal imaging (showing lymph node (LN) as a landmark) (c) and DRG axonal projections in an adult mouse torso (d). The colour gradient suggests relative intensity. LN, lymph node. e, Schematic of dual-colour CTB labelling from iWAT and flank skin (left) and representative whole-mount image of DRGs (right, T13). f, Quantification of CTB-positive cell numbers from labelling in the iWAT and skin. n = 4 mice. g, Representative image of virally labelled DRG fibre in close apposition to an adipocyte. h, Representative image of TH^- and TH⁺ parenchymal DRG innervation. i, Quantification of the percentage of TH⁺ DRG fibres (77 views in 13 images from 3 biological samples). j, Representative image of virally labelled DRG fibre travelling along vasculature. The white arrows mark DRG fibres, and the white triangle marks TH-stained sympathetic fibres. Scale bars, 200 µm (b and e), 500 mm (c), 5 mm (d) and 30 µm in (g, h and j).

Согласно общепринятой точке зрения, сигналы от жировой ткани передаются в мозг через медленные, диффузионные циркулирующие гормоны. Здесь однозначное анатомическое доказательство сенсорной иннервации в жировой ткани обеспечивает схематическую основу для потенциальной быстрой, пространственно закодированной нейронной передачи от периферических органов к мозгу. Действительно, мы показали, что сенсорные нейроны DRGs действуют как ингибитор на местную симпатическую функцию, напоминая роль вагуснных барорецепторов в модуляции кровяного давления^35,36. Эти результаты заполняют важный пробел в том, как центральная нервная система контролирует и оркеструет функции жировой ткани, подчеркивая важность недооцененной ветви коммуникации между мозгом и телом.

Еще предстоит выяснить, как сенсорные пути механистически взаимодействуют с симпатической сигнализацией. Предполагается, что капсаициновая денервация iWAT изменяет симпатический выход в дистальной части iWAT через центральные цепи^8,37; однако это наблюдение может быть сбито с толку вероятным повышением симпатического тонуса³⁸ вследствие периферического введения капсаицина. Напротив, при проекционно-специфической абляции наши жировые фенотипы были строго ограничены в ипсилатеральном iWAT, но не в дистальном iWAT или еWAT (рис. 3 и 4 и расширенные данные рис. 5 и 6), что свидетельствует о локальной специфичности сенсорно-симпатического взаимодействия (рис. 3f,g). Сенсорная модуляция симпатической активности была зафиксирована в других органах^39,40 на спинальном или супраспинальном уровнях^41-43. Мы не наблюдали значительного изменения общего содержания норадреналина в жировой ткани с сенсорной блокадой (Расширенные данные, рис. 8i), предполагая, что сенсорная активность может действовать на симпатическую сигнализацию ниже адренергических рецепторов, хотя мы не можем исключить потенциальные временные изменения норадреналина, которые не могут быть определены одним измерением общего содержания норадреналина. Более того, ремоделирование симпатических волокон является отличительной чертой адаптации жировой ткани к хроническим метаболическим вызовам, и остается проверить, претерпевает ли сенсорная иннервация аналогичный процесс, особенно у разных штаммов мышей, а также у разных видов.

Наше исследование поднимает множество вопросов. Соматосенсорная нервная система, которая характеризуется скоплениями нейронов первого порядка, расположенных в основном в DRGs, обладает большой молекулярной гетерогенностью, что подтверждается недавними исследованиями транскриптомов отдельных клеток^10,44. Какие подтипы DRGs иннервируют жир и имеют ли разные подтипы различные функции (т.е. регуляция термогенеза и липогенеза), в настоящее время неясно. Потенциально это может быть определено в будущем путем соединения ретроградного нацеливания на основе ROOT с одноклеточным РНК-секвенированием для установления идентичности нейронов, иннервирующих жир. Эта информация также может помочь определить интероцептивный сигнал, который воспринимают нейроны, иннервирующие жир. Предыдущие исследования показали, что инфузия экзогенного лептина и свободных жирных кислот может активировать DRGs с помощью окрашивания FOS или записи ex vivo^45,46; однако идентификация эндогенных сигналов (химических или физических), вероятно, потребует полного понимания экспрессии предполагаемых рецепторов с помощью органоцелевого РНК-секвенирования одиночных клеток, предложенного выше. Более того, природа нейронной передачи также предполагает, что эти эндогенные действия, вероятно, происходят на уровне секунд или миллисекунд. Таким образом, для идентификации запускающих сигналов, например, с помощью новых методов долгосрочной визуализации кальция DRGs^47,48, потребуется соответствующая способность считывать проекционно-специфическую активность DRGs ^{in vivo}.

Наше исследование также имеет значение не только для сенсорной иннервации жира. Интероцепция в основном изучалась с точки зрения краниальных ганглиев вагального происхождения⁴⁹. Все больше данных указывают на то, что иннервация DRG внутренних органов также играет важную роль в интероцепции⁵⁰. Сделанные здесь открытия могут послужить примером для изучения роли нейронов DRG в различных других внутренних органах.