一到晚上就想吃、吃饱了还想吃，为什么管住嘴这么难？

 

最新研究发现，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）

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。

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）

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。（任芳言）

相关论文信息：

https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.07.084