是吃？還是逃？一小簇腦細胞的大作用，而且還在控制著你吃多少

最新 03-23

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圖片來源: Withers lab

感覺飢餓？那就吃。飲食是生存必不可少的一部分，但是吃得不對卻可能對健康造成嚴重的結果。

在過去，吃得過少會使我們生長緩慢，無法抵抗感染。而現在，過多的食物會導致肥胖，增加糖尿病、心臟病和癌症的風險。

儘管進食是一項最基本的生物學過程，但是控制進食的大腦細胞網路遠比我們想像得要複雜。

越來越多的證據表明，從同一群神經元發出的神經信號告訴我們什麼時候可以吃東西，也能幫助我們逃離危險。科學家相信，更好地理解這一核心過程是如何被控制的，有助於開發與焦慮有關的肥胖症和精神病的新療法。

雖然傳統觀點可能已經將情緒和食慾的調節視為同一系統的兩個獨立功能，但是越來越多的證據表明，這兩個功能是相互影響和關聯的。

行為轉換

帝國理工學院臨床科學研究所/英國醫學研究理事會（MRC）倫敦醫學科學研究所的Dominic Withers教授解釋說：「對於野外生存的動物來說，進食常常伴隨著風險，有時會發生危險的事情。你很可能在吃東西的時候自己就變成了別人的食物，所以你必須能夠將偵察等其他行為與進食關聯起來，才能夠具備逃跑的能力。所以，突然轉換為防禦能力的行為是非常重要的。」

作為臨床醫生，Wither對於肥胖和糖尿病很感興趣。但是為了理解食慾是如何被控制的，他又重返實驗室，研究小鼠進食的神經生物學基礎。

幾十年來，腹內側下丘腦(VMH)這個大腦區域一直是肥胖研究的焦點。這個位於大腦深處下丘腦中的神經元簇能夠驅動進食、求偶和攻擊等行為。

過去的研究表明，如果小鼠的VMH受損，它們會將自己大部分的能量用於進食和打鬥，導致小鼠的體重大幅度增加，而且雄性小鼠求偶時的攻擊性也變得更強。

然而，這些神經元究竟如何使小鼠的行為在打鬥、逃跑、求偶和進食之間進行轉換，仍然不為人所知。但是，Wither團隊的研究工作揭示出了不同細胞群之間複雜的相互作用。

VMH受損會使小鼠的體重大幅度增加（左）。圖片來源: Wikicommons / ORNL

微調反饋

為了更好地理解人類的飲食紊亂，帝國理工學院的研究團隊對小鼠進行了研究，因為它們擁有與人類相同的大腦調節網路。

Wither解釋說：「人們已經研究過了小鼠的VMH損傷，並觀察到VMH損傷對體重和進食有顯著的影響，但是他們並不知道，當VMH損傷時，是大腦中的哪些迴路被改變了。我們的研究提供了非常嚴謹的細節，並精確地定義了是哪些神經元使你進食或不進食。」

藉助於先進的神經科學工具，該團隊窺探到了大腦內部，揭示出在進食的時候這些神經元發生了什麼變化，從而揭示了VMH細胞子集中的另一控制層面。

研究人員利用光遺傳學技術，對小鼠進行基因改造，使其神經元可以受到激光的刺激，從而可以精準地控制大腦特定區域的活動。

他們發現，在小鼠大腦的VMH上存在一種獨特的名為SF1神經元的細胞群，它能很好地起到微調作用。

在正常情況下，當小鼠探索周圍環境時，這些細胞呈活躍狀態，使小鼠的焦慮維持在一個基線水平。但當小鼠接近食物時，這些細胞的行為就發生了變化，在小鼠進食時，它們的警惕性會稍微下降。

利用安裝在小鼠頭部的專業微型攝像頭以監測鈣離子進出細胞的流動，研究人員能夠實時記錄神經元的活動，揭示小鼠接近食物時SF1活動的變化。

當小鼠接近食物降低警惕性時，SF1細胞的活動會在小鼠進食時減弱，這使得VMH切換到「需要進食」的狀態。但是當進食行為停止時，SF1的活動又會恢復。

這些發現表明，SF1控制著這種轉換，仔細地調節著動物的行為。

Withers實驗室的Paulius Viskaitis博士承擔了大部分研究工作，他說：「在這個神經區域進行活動的那一刻，小鼠就會從進食狀態轉換為防禦狀態，以確保自己是安全的。很明顯，SF1並非獨立的，它們會與很多大腦區域交流，以能夠控制激活其他系統。從這些迴路的連接方式以及哪些活動被允許或不被允許的角度來看，它們非常複雜。」

吃得更少，風險更高？

研究團隊發現，可以通過控制SF1的活動和提高小鼠的焦慮等級來影響進食行為。當小鼠變得更加焦慮，它們就會切換大腦中的一個「開關」，來關閉進食的慾望。

通過藥物使小鼠的SF1神經元釋放更多脈衝（從而使小鼠更加焦慮）會使小鼠吃得更少，存儲更少的脂肪。相反，抑制SF1的活動會降低小鼠的焦慮，使小鼠吃得更多，體重增長得更多。