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鑒定出調(diào)節(jié)食物攝入的味覺回路
點(diǎn)擊次數(shù)：525 發(fā)布時(shí)間：2016-4-8
2016年4月7日/生物谷BIOON/--包括人類在內(nèi)的所有動(dòng)物喜歡甜食，特別是在饑餓時(shí)。但是如果你在正常情形下從不抗拒甜點(diǎn)的話，那么作為一項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，試著狼吞虎咽6個(gè)甜甜圈。吃完后，即便是一塊zui可口的巧克力蛋糕也將并不那么勾起你的食欲，而且你也很可能吃得更少。
大腦加工很多有助調(diào)節(jié)我們吃什么和吃多少的信號(hào)。我們?nèi)绾沃滥男┛谖逗枚男┛谖恫缓媚兀慨?dāng)我們并不那么餓時(shí)，或者，當(dāng)在長(zhǎng)時(shí)間鍛煉之后我們極度饑餓時(shí)，我們的大腦如何告訴我們吃多少？
在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自美國(guó)洛克菲勒大學(xué)的研究人員針對(duì)果蠅開展研究。他們鑒定出一組神經(jīng)元僅當(dāng)果蠅吃非常甜的溶液時(shí)才被激活，尤其是在果蠅饑餓的時(shí)候。如果食物并不那么甜，或者當(dāng)果蠅相對(duì)較飽時(shí)，那么這些神經(jīng)元將不會(huì)變得那么活躍。這一發(fā)現(xiàn)有助我們更進(jìn)一步理解進(jìn)食的生物學(xué)機(jī)制。相關(guān)研究結(jié)果于2016年3月31日在線發(fā)表在Cell期刊上，論文標(biāo)題為“A Taste Circuit that Regulates Ingestion by Integrating Food and Hunger Signals”。論文通信作者是洛克菲勒大學(xué)神經(jīng)遺傳學(xué)與行為實(shí)驗(yàn)室主任Leslie Vosshall教授。
研究人員吃驚地發(fā)現(xiàn)大腦中的這些神經(jīng)元與咽喉中的味覺神經(jīng)元連接在一起，而不是與果蠅舔吸式口器中的神經(jīng)元連接在一起，這意味著果蠅在攝入食物時(shí)能夠直接品嘗和監(jiān)控它。
論文*作者、Vosshall實(shí)驗(yàn)室博士后研究員Nilay Yapici說(shuō)，“果蠅大腦中的這些神經(jīng)元是味覺回路（taste circuit）中的一部分。”這種味覺回路中的一些部分存在于包括小鼠和人類在內(nèi)的很多其他動(dòng)物體內(nèi)，而且這項(xiàng)研究接下來(lái)的步驟之一就是研究其他的部分，如Yapici和Vosshall在果蠅中鑒定出的這些特異性神經(jīng)元，是否也存在于哺乳動(dòng)物大腦中。Yapici說(shuō)，“我們?nèi)匀徊恢朗欠袷沁@種情形，但是這將會(huì)是非常令人興奮的，特別是如果它能夠讓我們更多地了解我們的進(jìn)食方式和為何我們經(jīng)常吃太多。”
進(jìn)食時(shí)間
下面似乎就是這種回路的工作方式：果蠅咽喉中的味覺神經(jīng)元連接到一組12個(gè)被稱作IN1細(xì)胞的神經(jīng)元，接著，這些神經(jīng)元將信號(hào)傳遞給告訴大腦是否持續(xù)吃食物的神經(jīng)回路。
Yapici說(shuō)，“這12個(gè)中間神經(jīng)元（interneuron）協(xié)助大腦鑒定出果蠅正在吃什么，也有助調(diào)節(jié)是否繼續(xù)或者停止進(jìn)食。如果我們給果蠅提供甜的食物，而且它們饑餓的話，那么它們將持續(xù)地吃。如果食物不那么甜，它們就不會(huì)吃那么多。當(dāng)它們吃時(shí)，這些神經(jīng)元幫助大腦評(píng)估它們正在吃什么。”
一種新的方法
追蹤果蠅每天吃多少食物是比較困難的。每只果蠅體型較小，每天大約吃1微升食物，這使得測(cè)量食物攝入量的細(xì)小差異非常困難。就當(dāng)前的這項(xiàng)研究而言，Yapici、Vosshall和他們的同事們開創(chuàng)出一種他們稱作為Expresso的新技術(shù)，即一種極為精密的傳感器，它能夠?qū)崟r(shí)地持續(xù)記錄果蠅吃了多少食物。
當(dāng)果蠅正在吃食物時(shí)，研究人員能夠觀察到它們的大腦監(jiān)控神經(jīng)元中的鈣離子水平（用于評(píng)估神經(jīng)元活性）。
為了鑒定出參與進(jìn)食行為的特異性神經(jīng)元，研究人員抑制不同的神經(jīng)元群體，然后觀察隨后發(fā)生什么變化。他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)抑制IN1細(xì)胞時(shí)，果蠅開始進(jìn)食，但是會(huì)提前停止進(jìn)食，即便它們?nèi)匀火囸I。Yapici說(shuō)，“抑制這些神經(jīng)元的活性似乎阻止食物攝入。”更為重要的是，當(dāng)研究人員再次激活這些神經(jīng)元時(shí)，吃飽喝足的果蠅也會(huì)進(jìn)食就好像它們饑餓一樣。
接下來(lái)，研究人員觀察這組特異性的神經(jīng)元在正常情形下如何作出表現(xiàn)。他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)饑餓的果蠅即便吸入少量可口的甜食時(shí)，這些IN1細(xì)胞也會(huì)被激活，而且在食物攝入后好幾分鐘內(nèi)仍然保持活躍狀態(tài)。研究人員認(rèn)為這些IN1細(xì)胞的活性促進(jìn)果蠅攝入食物。因此，這是有道理的：當(dāng)果蠅不餓且遇到甜食時(shí)，這些神經(jīng)元仍然是有活性的，但是相對(duì)較快地平息下來(lái)；當(dāng)果蠅饑餓且只有不那么可口的食物時(shí)，這些神經(jīng)元仍然表現(xiàn)出活性激增，但是會(huì)很快地平息下來(lái)，類似于吃飽喝足的果蠅吃甜食時(shí)發(fā)生的情形。在每種情形下，IN1細(xì)胞的活性反映了果蠅的進(jìn)食行為。
繼續(xù)開展研究
研究人員認(rèn)為這些發(fā)現(xiàn)可能對(duì)諸如肥胖之類的食物攝入相關(guān)性疾病產(chǎn)生影響。Yapici說(shuō)，“研究食物攝入行為的目標(biāo)是理解讓我們吃食物的生物學(xué)信號(hào)。”
通過(guò)對(duì)果蠅---想對(duì)于哺乳動(dòng)物，具有相對(duì)較小的大腦---開展研究，研究人員能夠更加容易地鑒定和操縱調(diào)節(jié)食物攝入的特異性神經(jīng)回路，然后觀察類似的途徑是否也在具有更加復(fù)雜的神經(jīng)回路的動(dòng)物（如小鼠和其他的哺乳動(dòng)物）中發(fā)揮作用。Yapici說(shuō)，“如果你發(fā)現(xiàn)果蠅中的一種神經(jīng)機(jī)制，那么你能夠在模式生物小鼠中尋找類似的機(jī)制。這是因?yàn)槟阒滥阍趯ふ沂裁矗@可能更加容易找到。”（生物谷 Bioon.com）
Nilay Yapici, Raphael Cohn, Christian Schusterreiter, Vanessa Ruta, Leslie B. Vosshall
Ingestion is a highly regulated behavior that integrates taste and hunger cues to balance food intake with metabolic needs. To study the dynamics of ingestion in the vinegar fly Drosophila melanogaster, we developed Expresso, an automated feeding assay that measures individual meal-bouts with high temporal resolution at nanoliter scale. Flies showed discrete, temporally precise ingestion that was regulated by hunger state and sucrose concentration. We identify 12 cholinergic local interneurons (IN1, for “ingestion neurons”) necessary for this behavior. Sucrose ingestion caused a rapid and persistent increase in IN1 interneuron activity in fasted flies that decreased proportionally in response to subsequent feeding bouts. Sucrose responses of IN1 interneurons in fed flies were significantly smaller and lacked persistent activity. We propose that IN1 neurons monitor ingestion by connecting sugar-sensitive taste neurons in the pharynx to neural circuits that control the drive to ingest. Similar mechanisms for monitoring and regulating ingestion may exist in vertebrates.