作者:占成等 来源:《当代生物学》 发布时间:2020/8/23 17:24:23
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科学家揭示促进进食的肠脑神经通路

 

一到晚上就想吃、吃饱了还想吃,为什么管住嘴这么难?

食欲的产生和消退一直都是科学家关注的问题。从肠胃到大脑,存在着一条迷走神经介导的通路。摄取足够营养时,肠胃会通过迷走神经将“吃饱信号”传递到大脑中的孤束核,并终止进食行为。

但8月20日《当代生物学》发表的一项研究显示,饥饿感也可以通过这一神经通路传递到大脑,刺激食欲,发出“再多吃点”的指令。

文章中,科学家研究了大脑感知饥饿的过程,捕捉到其中被饥饿信号刺激的神经元,进一步确认了谁在这之中起主要作用。

小鼠肠脑神经轴中的迷走神经通路,可以响应饥饿信号、促进进食。(图片来源:北京生命科学研究所)

肚子饿时,脑子知道

孤束核是位于大脑后侧的脑区,通过迷走神经与外周器官相连。当肠胃通过迷走神经传递信号,孤束核最先接收到信号,并将之传递到大脑其他部位。

先前研究中,科学家分析了多种孤束核内的神经元类型,发现迷走神经到孤束核这条通路中,大部分神经元都和抑制、终止摄食有关。

“理论上讲,机体作为能量平衡的体系,神经通路的信号应该不仅能传递抑制食欲的信号,也能传递促进进食的信号。”论文通讯作者、北京生命科学研究所影像中心主任、副研究员占成告诉《中国科学报》。这也是此次研究的出发点。

与“吃饱信号”不同,饥饿的产生需要更长时间,这意味着研究小组捕捉神经信号的难度增加。实验中,研究人员对小鼠进行了一系列加工,可在较长时间范围内标记脑内较活跃的神经元。

当小鼠处于饥饿状态,其脑内孤束核中被激活的神经元会被点亮。

“我们发现,饥饿可以激活孤束核中的儿茶酚胺能(CA)神经元”,论文第一作者、占成课题组博士生陈静表示。

小鼠孤束核内的CA神经元在饥饿状态下被激活。(图片来源:北京生命科学研究所)

研究小组用不同方法激活小鼠孤束核中的CA神经元。在化学遗传学实验中,他们发现,小鼠开始“大吃特吃”。原本在白天应该睡觉的小鼠也开始进食,且进食量增加了4-5倍。

在光遗传学实验中,研究人员给小鼠头部植入一根毫米级光纤,用激光有规律地间断照射小鼠的孤束核,以激活CA神经元。光照开始后,小鼠在几十秒内就作出反应,开始进食。

课题组记录的小鼠进食行为。(图片来源:北京生命科学研究所)

“这意味着孤束核确实存在响应饥饿信号的神经元,并促进进食。”陈静表示。

细分类型,吃多吃少它俩说了算

既然先前研究中找到的大部分神经元都在起抑制进食作用,那么究竟是谁让小鼠吃得更多?为此,占成等人又设计了一系列实验。

研究小组分别激活小鼠孤束核前侧和后侧的CA神经元,发现不同区域、不同亚型的CA神经元起到的作用也不同。

为了找到具体发挥作用的神经元类型,课题组与同所转基因动物中心主任王凤超、澳大利亚加文医学研究所Herbert Herzog等人合作,分别获得了可用于实验的转基因小鼠。

陈静介绍,孤束核中的CA神经元包括肾上腺能(E)神经元和去甲肾上腺能(NE)神经元两种亚型。

其中,孤束核后侧的NE神经元则主要负责让小鼠“停嘴”。

而孤束核前侧和中侧的E神经元与另一种名为神经肽Y(NPY)的神经元一道,让小鼠胃口大开。“神经肽Y神经元与CA神经元关系密切,二者分布上部分共存、功能上相互调节。”陈静解释。

当小鼠孤束核中的NPY神经元被杀死,单独激活孤束核前侧和中侧的E神经元时,老鼠的进食量不再增加。“这说明在进食过程中,E和NPY共表达的神经元发挥着重要作用。”陈静说。

研究发现了孤束核中具体起促进进食作用的神经元亚型。(图片来源:北京生命科学研究所)

谁传的话?迷走神经

之后,利用病毒示踪的方法,研究小组进一步确认,小鼠的孤束核能接受来自迷走神经节的信号输入。而阻断胃肠和大脑间的迷走神经通路后,饥饿信号不再能激活CA神经元。

“这说明,饥饿信号是通过迷走神经传递到孤束核的。”陈静告诉《中国科学报》。

“这项研究对后脑孤束核细胞在解剖学上进行了精细划分,并且成功剥离出一类肾上腺能神经元,它们接收来自胃肠器官的迷走神经传入,饥饿信号在此整合并被大脑感知,从而释放能量短缺信号,让动物开始进食。”中国科学技术大学先进技术研究院研究员刘际点评道。

“有意思的是,与之相对应的,在孤束核的另一类神经元——去甲肾上腺素能神经元同样接收来自外周器官的迷走神经传入,介导的却是饱腹感,让动物停止进食。”刘际表示,这意味着在孤束核内,大脑通过自主神经系统对“吃”与“不吃”进行精确的阴阳平衡调控。

“这项研究可以帮助我们理解大脑如何感知饥饿、感知营养,揭开食欲产生的机制。”占成表示,接下来,课题组还将继续深入研究,这条神经通路和体液通路之间的关联,并探究该神经通路究竟被何种肠胃信号激活。(来源:中国科学报 任芳言)

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.07.084

 
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