吃饱了依然停不住?PNAS在大脑深处找到原因,两类神经元在“打架”

发布时间:2018-10-08    来源:生物探索    浏览量:0

这项有意思的研究由密歇根大学分子与行为神经学研究所的科学家们完成。他们以小鼠为模型发现,两类神经细胞群在进食时发挥着相反的作用——POMC细胞负责阻止进食,而AgRP细胞负责驱动进食。当同时激活时,这两类细胞会“打架”,且AgRP细胞能力强于POMC细胞!

研究还表明,大脑本身的阿片肽系统也参与其中,通过纳洛酮(naloxone)药物抑制这一系统可以防止暴饮暴食。


https://doi.org/10.1073/pnas.1802237115

两组关联“进食行为”的神经细胞

POMC和AgRP神经细胞位于大脑下丘脑的弓状核(arcuate nucleus,Arc)区域。之前已有研究表明,这两类细胞在食物摄取行为中发挥着关键作用。

前阿黑皮素原(pro-opiomelanocortin)基因,即POMC具有多重功能:负责编码应激激素ACTH(一种天然的阿片类物质β-内啡肽)以及一些黑皮质素分子。而且,POMC基因编码的产物受到AgRP基因(Agouti-Gene-Related Peptide)表达产物的抑制。

一般来说,当接收到身体的某种信号之后,POMC神经元会给进食行为“踩刹车”,而AgRP细胞则扮演者“油门”的角色,特别是在食物短缺或者很久没吃东西的时候。

但是,让研究团队意外的是,当他们利用转基因方法对POMC神经元进行光刺激时,小鼠却吃的很“疯狂”——在光刺激后的半小时内,他们吃掉了一天的食量。

寻找答案

为什么POMC神经元被刺激的小鼠反而会暴饮暴食呢?研究人员发现,当利用光遗传学技术刺激POMC细胞时,附近的AgRP细胞也会被无意激活。这两种类型的细胞来源于胚胎发育过程中的同一母体细胞。这意味着,“刹车”和“油门”同时被打开了。

关键点在于,当这两种细胞都被激活时,AgRP细胞会发出“继续进食”的信号,且强度会超过由POMC细胞释放的“停止进食”指令。“当两类细胞同时受到刺激时,AgRP细胞‘抢尽风头”文章作者、神经学家Huda Akil解释道。

随后,研究人员使用了另一种技术——向细胞注入病毒,利用病毒诱导光刺激集中在POMC神经元上,并确保AgRP神经元不会被激活。结果显示,仅仅刺激POMC细胞可以导致摄取食物显著减少,且这一影响发生的速度很快。

此外,研究团队还使用了一种CLARITY新方法——利用3D的方式记录POMC和AgRP神经元的信号通路。结果发现,一旦这些细胞被激活,就会触发产生饱腹感或者进食欲望的通路。他们将电脑中被激活的神经元的图像拼接在一起,制作出显示神经元活动范围的3D视频。(如下)

“止痛系统”参与其中

他们发现,POMC和AgRP神经元被激活,其影响会扩散至整个大脑,包括控制注意力、知觉和记忆等功能的皮层。

考虑到POMC编码一种天然的阿片类物质——β-内啡肽,研究人员好奇这一系统是否会触发人体自身的“止痛系统”,即内源性阿片肽系统。他们发现,POMC的激活可以阻断疼痛,但是,阿片类拮抗剂纳洛酮(naloxone)却可以逆转这一效果。

有意思的是,激活AgRP细胞同样可以激活大脑中的阿片肽系统。“当使用纳洛酮时,小鼠会停止进食。这表明,大脑本身的内源性阿片肽系统可能会在过度饮食中发挥作用。”Akil解释道。

研究意义

这项研究表明,饱腹的信号并没有强大到足以对抗吃东西的强烈欲望。其他有研究团队正试图将阿片类受体阻滞剂视为潜在的饮食辅助药物。

许多研究都专注于饮食的代谢方面——例如以瘦素、胃饥饿素等多肽形式在身体和大脑之间传递代谢信号。但是,Akil认为,最新研究提醒我们似乎有一个强大的神经系统参与暴饮暴食的调控,这并没有得到足够的科学关注。


责任编辑:许红梅

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