作者:张伟等 来源:《神经元》 发布时间:2020/9/16 13:29:05
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“胃”比大脑早知晓饿或饱
科学家揭示暴饮暴食的神经机制

 

研究示意图

当我们享用一顿美食后,圆滚滚的肚子会提醒你:“我好胀,别再吃了。”

果蝇也是如此。被撑大的不止是它的“胃”——嗉囊,还有遍布其上的神经元树突。这些受到牵拉的树突不断放电,引起大脑发出停止进食的指令。

清华大学科研团队阐明了这一过程的神经机制,其研究成果于近日发表在《神经元》上。

基因突变,果蝇吃到停不下来

吃是人生中最美妙的事情之一,而为了让我们有最好的吃喝体验,消化道会时刻进行监测调节。

当进食到一定阶段时,最先感受到由机械敏感神经元带来的饱胀感;而长时间未进食时,由于肠胃排空所激发的机械信息,则会带来饥饿感。正是因为我们“感受”到了这些机械信息,及时对其做出反应,才不至于被“撑死”或“饿死”。本文想探究的,正是这些感受背后的神经机制。

此前研究发现,piezo基因会编码一个机械敏感的蛋白,它在多个神经元中都有表达,可以直接感受机械力信号。

“在对进食总量、时长、频率等进行记录后,我们发现,piezo基因突变的果蝇吃的、喝的特别多,食量是正常果蝇的2-3倍,体重、尺寸不断增大。甚至,有的会吃到嗉囊被撑破。”本文的通讯作者、清华大学生命科学学院研究员张伟告诉《中国科学报》。

“这就表明,由机械力引起的饱胀信号也可能是piezo基因介导的。”他说。

暴饮暴食的锅,piezo神经元来背

但是,到底是哪些神经元参与进食的机械调控呢?

“这是整个研究中最困难的地方。表达Piezo的神经元在全身都有分布。想找到真正影响饱胀信号的神经元,像大海捞针一样困难。”张伟说。

得益于庞大的果蝇品系库,研究人员可以进行行为学筛选。根据此前对于进食的研究,研究人员将一些与进食脑区相关的品系作为备选,而后将备选品系中的神经元的piezo基因失活,观察其表型。

最终,他们在果蝇大脑中找到了八个表达piezo蛋白的IPC神经元,当这群神经元被失活后,果蝇出现了过度进食的行为。

钙成像实验进一步证明,当嗉囊被刺激胀大时,被遍布其上的树突感知到,进而激活大脑中IPC神经元的胞体,继续激活下一级抑制进食的神经环路。

“对于piezo基因被突变的果蝇中,嗉囊的体积变化无法激活神经元,这相当于丧失了一个阀门,就会出现暴饮暴食的情况。”张伟告诉《中国科学报》,“利用转基因的方法,将小鼠中的piezo基因放到果蝇中时,就会挽救过度进食的果蝇,使突变体的表型恢复正常。这进一步说明,piezo蛋白在果蝇和小鼠中的功能是保守的。”

内脏感觉研究新方向

他表示,未来将聚焦在两个方面,一是解析清楚机械力信号下游的神经环路。“当信号传递到大脑中,大脑如何下达停止进食的指令;二是探究如小鼠、人等哺乳动物中,是否会有类似的机制。”

在东南大学生命科学与技术学院教授潘玉峰看来,“以前我们神经科学领域认为,饱腹感是由胰岛素等激素调控的,这项研究揭示了最直观的机械感的调控——吃多了胃可以感受到胀大,是一个很好的补充。”

“动物的内脏有很多机械运动,通过一级神经元就可以被大脑感知、调控,这很令人意外。因此,这也给其它内脏机械信息的研究提供了一个方向。”(来源:中国科学报 刘如楠)

论文相关信息:https://doi.org/10.1016/j.neuron.2020.08.017

 
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