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肠胃如何知道“饿”?Cell子刊解码饥饿感知的秘密

8月20日占成实验室在线发表在《Current Biology》上的研究论文《A vagal-NTS neural pathway that stimulates feeding》发现一条迷走-孤束核神经回路,可传递肠胃饥饿信号,并促进食欲,揭开了饥饿感知的神秘面纱。

下丘脑弓状核与脑干孤束核被认为是大脑感知机体营养状态的级神经元, 分别介导体液感知通路和神经感知通路,在调控摄食行为和能量代谢中发挥重要作用。近几年,一系列重磅研究发现迷走-孤束核神经回路在传递“饱”信号和抑制食欲中发挥关键作用。对于这一神经回路是否可以传递“饥”信号,一直是领域内的谜题,多年来没有答案。

造成这一困扰的原因主要有两个:

1)已知促食欲的多肽非常少,而抑制食欲的多肽则较多;

2)孤束核结构复杂,神经元类型多,给找到促食欲神经元平添了不少难度。


1、迷走-孤束核神经回路存在响应饥饿信号的神经元,并促进食欲

为了寻找孤束核是否存在感知“饥”信号的神经元,研究人员首先利用FosTrap2:Ai14小鼠和免疫荧光技术,确认饥饿可以激活NTS脑区的儿茶酚胺能神经元(简称CA神经元)。

并且,通过化学遗传学和光遗传学的方法激活孤束核 CA神经元,可以明显促进小鼠进食。而通过光遗传学抑制孤束核 CA神经元,则大大降低饥饿诱导的进食增加。因此, 孤束核CA神经元是一群可以响应饥饿信号并促进食欲的神经元。

通过肠胃迷走神经切断的方法,研究者进一步发现孤束核CA神经元通过迷走神经感知饥饿信号。


并且,通过化学遗传学和光遗传学的方法激活孤束核 CA神经元,可以明显促进小鼠进食。而通过光遗传学抑制孤束核 CA神经元,则大大降低饥饿诱导的进食增加。因此, 孤束核CA神经元是一群可以响应饥饿信号并促进食欲的神经元。

研究者利用神经标记结合化学遗传学技术,激活迷走-孤束核 CA神经通路可以明显促进进食增加,说明肠-脑轴存在促进食欲的神经通路。

2、孤束核CA神经元不同亚型在摄食调控中发挥完全相反的作用

之前的研究一直认为孤束核是饱食中枢,为什么现在发现的孤束核CA神经元可以促进食欲?通过对这群神经元进行详细分型,研究人员发现,孤束核 CA神经元含有多种亚型,可大致分为:肾上腺素神经元(E神经元),去甲肾上腺素神经元(NE神经元),以及神经肽Y(NPY)神经元。进一步研究发现,其中真正发挥促食欲作用的是核团前侧和中侧的共表达E和NPY的神经元,且NPY在促食欲中发挥关键作用,而表达在核团后侧的NE神经元发挥抑制进食的作用。

总之,这项研究首次找到了一条迷走神经介导的肠-脑轴促食欲神经回路,确定了孤束核 E/NPY神经元在其中的关键作用。该研究一方面解开了领域内多年的谜题,另一方面也提出了新的问题:该神经回路介导何种肠胃促食欲信号,该“饥饿”感知神经通路与下丘脑体液感知通路有何种关联?

清华大学医学院博士研究生陈静是本文的作者,本文的其它作者包括影像中心程明秀和王亮,转基因动物中心徐丹。本文的主要作者还包括清华大学医学院宋森博士、北京生命科学研究所王凤超博士和曹鹏博士以及澳大利亚加文医学研究所Herbert Herzog博士和Lei Zhang博士,占成博士为本文的通讯作者。该研究由国家自然科学基金委资助,在北京生命科学研究所完成。

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