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2016年4月7日/生物谷BIOON/--包括人類在內(nèi)的所有動物喜歡甜食，特別是在饑餓時。但是如果你在正常情形下從不抗拒甜點的話，那么作為一項科學實驗，試著狼吞虎咽6個甜甜圈。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。我們?nèi)绾沃滥男┛谖逗枚男┛谖恫缓媚兀慨斘覀儾⒉荒敲答I時，或者，當在長時間鍛煉之后我們極度饑餓時，我們的大腦如何告訴我們吃多少？

在一項新的研究中，來自美國洛克菲勒大學的研究人員針對果蠅開展研究。他們鑒定出一組神經(jīng)元僅當果蠅吃非常甜的溶液時才被激活，尤其是在果蠅饑餓的時候。如果食物并不那么甜，或者當果蠅相對較飽時，那么這些神經(jīng)元將不會變得那么活躍。這一發(fā)現(xiàn)有助我們更進一步理解進食的生物學機制。相關研究結(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神經(jīng)遺傳學與行為實驗室主任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能夠直接品嘗和監(jiān)控它。

論文*作者、Vosshall實驗室博士后研究員Nilay Yapici說，“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)的很多其他動物體內(nèi)，而且這項研究接下來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物大腦中。Yapici說，“我們?nèi)匀徊恢朗欠袷沁@種情形，但是這將會是非常令人興奮的，特別是如果它能夠讓我們更多地了解我們的進食方式和為何我們經(jīng)常吃太多。”

進食時間

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個被稱作IN1細胞的神經(jīng)元，接著，這些神經(jīng)元將信號傳遞給告訴大腦是否持續(xù)吃食物的神經(jīng)回路。

Yapici說，“這12個中間神經(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，它們就不會吃那么多。當它們吃時，這些神經(jīng)元幫助大腦評估它們正在吃什么。”

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，這使得測量食物攝入量的細小差異非常困難。就當前的這項研究而言，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，即一種極為精密的傳感器，它能夠?qū)崟r地持續(xù)記錄果蠅吃了多少食物。

當果蠅正在吃食物時，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（用于評估神經(jīng)元活性）。

為了鑒定出參與進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)當抑制IN1細胞時，果蠅開始進食，但是會提前停止進食，即便它們?nèi)匀火囸I。Yapici說，“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，當研究人員再次激活這些神經(jīng)元時，吃飽喝足的果蠅也會進食就好像它們饑餓一樣。

接下來，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)當饑餓的果蠅即便吸入少量可口的甜食時，這些IN1細胞也會被激活，而且在食物攝入后好幾分鐘內(nèi)仍然保持活躍狀態(tài)。研究人員認為這些IN1細胞的活性促進果蠅攝入食物。因此，這是有道理的：當果蠅不餓且遇到甜食時，這些神經(jīng)元仍然是有活性的，但是相對較快地平息下來；當果蠅饑餓且只有不那么可口的食物時，這些神經(jīng)元仍然表現(xiàn)出活性激增，但是會很快地平息下來，類似于吃飽喝足的果蠅吃甜食時發(fā)生的情形。在每種情形下，IN1細胞的活性反映了果蠅的進食行為。

繼續(xù)開展研究

研究人員認為這些發(fā)現(xiàn)可能對諸如肥胖之類的食物攝入相關性疾病產(chǎn)生影響。Yapici說，“研究食物攝入行為的目標是理解讓我們吃食物的生物學信號。”

通過對果蠅---想對于哺乳動物，具有相對較小的大腦---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雜的神經(jīng)回路的動物（如小鼠和其他的哺乳動物）中發(fā)揮作用。Yapici說，“如果你發(fā)現(xiàn)果蠅中的一種神經(jīng)機制，那么你能夠在模式生物小鼠中尋找類似的機制。這是因為你知道你在尋找什么，這可能更加容易找到。”（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.