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Current Biology | 占成實驗室解码饥饿感知的秘密

發布時間:2020/08/26

2020年8月20占成實驗室在线发表在《Current Biology》上的研究论文《A vagal-NTS neural pathway that stimulates feeding》发现一条迷走-孤束核神經回路,可傳遞腸胃饑餓信號,並促進食欲,揭開了饑餓感知的神秘面紗。

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第一级神经元, 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-孤束核神經回路在傳遞“飽”信號和抑制食欲中發揮關鍵作用。對于這一神經回路是否可以傳遞“饑”信號,一直是領域內的謎題,多年來沒有答案。

造成這一困擾的原因主要有兩個:

1)已知促食欲的多肽非常少,而抑制食欲的多肽則較多;

2)孤束核結構複雜,神經元類型多,給找到促食欲神經元平添了不少難度。


1、迷走-孤束核神經回路存在響應饑餓信號的神經元,並促進食欲

爲了尋找孤束核是否存在感知“饑”信號的神經元,研究人員首先利用FosTrap2:Ai14小鼠和免疫熒光技術,確認饑餓可以激活NTS腦區的兒茶酚胺能神經元(簡稱CA神經元)。

並且,通過化學遺傳學和光遺傳學的方法激活孤束核 CA神經元,可以明顯促進小鼠進食。而通過光遺傳學抑制孤束核 CA神经元,则大大降低饥饿诱导的进食增加。因此, 孤束核CA神經元是一群可以響應饑餓信號並促進食欲的神經元。


通過腸胃迷走神經切斷的方法,研究者進一步發現孤束核CA神經元通過迷走神經感知饑餓信號。

並且,通過化學遺傳學和光遺傳學的方法激活孤束核 CA神經元,可以明顯促進小鼠進食。而通過光遺傳學抑制孤束核 CA神经元,则大大降低饥饿诱导的进食增加。因此, 孤束核CA神經元是一群可以響應饑餓信號並促進食欲的神經元。

研究者利用神經標記結合化學遺傳學技術,激活迷走-孤束核 CA神經通路可以明顯促進進食增加,說明腸-腦軸存在促進食欲的神經通路。


2、孤束核CA神經元不同亞型在攝食調控中發揮完全相反的作用

之前的研究一直認爲孤束核是飽食中樞,爲什麽現在發現的孤束核CA神經元可以促進食欲?通過對這群神經元進行詳細分型,研究人員發現,孤束核 CA神經元含有多種亞型,可大致分爲:腎上腺素神經元(E神經元),去甲腎上腺素神經元(NE神經元),以及神經肽YNPY)神經元。進一步研究發現,其中真正發揮促食欲作用的是核團前側和中側的共表達ENPY的神經元,且NPY在促食欲中發揮關鍵作用,而表達在核團後側的NE神經元發揮抑制進食的作用。


總之,這項研究首次找到了一條迷走神經介導的腸-腦軸促食欲神經回路,確定了孤束核 E/NPY神經元在其中的關鍵作用。該研究一方面解開了領域內多年的謎題,另一方面也提出了新的問題:該神經回路介導何種腸胃促食欲信號,該“饑餓”感知神經通路與下丘腦體液感知通路有何種關聯?


清华大学医学院博士研究生陈静是本文的第一作者,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、北京生命科學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,在北京生命科學研究所完成。

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