時間：2019-07-16 熱度：

“莫笑農(nóng)家臘酒渾，豐年留客足雞豚?！?/span>

——陸游《游山西村》

圖片來源：凡品網(wǎng)

不要笑話那酒漿渾濁，酒香中溢出的農(nóng)家熱情使人流連忘返。伴隨著陣陣酒香、濃濃熱情，人們大快朵頤，不亦樂乎。望著此情此景，不知道大家是否思考過這樣一個問題：佳肴與美酒均可以讓九游會j9產(chǎn)生向往與滿足感，那么食物與酒精作用的神經(jīng)環(huán)路是否相同呢？

圖片來源：昵圖網(wǎng)

美食、美酒引起滿足感的相關(guān)神經(jīng)環(huán)路分為兩部分——攝食環(huán)路與獎賞環(huán)路。攝食環(huán)路核心區(qū)域位于下丘腦弓狀核，其中AgRP神經(jīng)元與POMC神經(jīng)元對攝食行為至關(guān)重要[1]。獎賞環(huán)路的核心為中腦多巴胺神經(jīng)元[2]，這些神經(jīng)元釋放的多巴胺參與食物和多種成癮物引起的渴求行為。然而，對于食物與酒精是否通過相同機制作用于攝食、獎賞環(huán)路，以及攝食、獎賞環(huán)路之間如何相互作用，九游會j9尚未可知。

圖片來源：blog.ncase.me

2019年7月2日，《Neuron》雜志在線刊登了賓夕法尼亞大學(xué)J. Nicholas Betley研究組的最新重要工作[3]，他們發(fā)現(xiàn)食物與酒精通過不同途徑作用于攝食、獎賞環(huán)路，且攝食環(huán)路與獎賞環(huán)路之間存在正調(diào)控作用。該研究揭示食物與酒精對腦神經(jīng)環(huán)路的區(qū)別性作用機制，極大提高了人們攝食、成癮領(lǐng)域的認知。

J. Nicholas Betley教授

圖片來源：University of Pennsylvania

結(jié)果

1.胃內(nèi)酒精降低AgRP神經(jīng)元活性

近期研究顯示，攝入卡路里抑制AgRP神經(jīng)元[4]。酒精也含卡路里，那么是否亦能作用于下丘腦攝食環(huán)路呢？作者就此展開研究。

他們使用光纖鈣信號記錄方法，在Agrp-Cre或Pomc1-Cre小鼠的下丘腦弓狀核（ARC）注射AAV-DIO-GCaMP6s并植入光纖，將小鼠饑餓處理（圖1A-B）。他們發(fā)現(xiàn)灌胃攝入酒精后，小鼠AgRP神經(jīng)元鈣信號顯著減弱，POMC神經(jīng)元鈣信號不變（圖1C-I），表明灌胃攝入酒精抑制AgRP神經(jīng)元而非POMC神經(jīng)元。 

圖1 灌胃攝入酒精抑制AgRP神經(jīng)元

2.與蔗糖不同，酒精無法引起AgRP神經(jīng)元的預(yù)期性反應(yīng)

生活中，酒精具有成癮性，很多人會自發(fā)飲酒。那么，飲酒如何影響AgRP活性呢？作者就此展開進一步研究。

他們再次使用光纖鈣信號記錄方法，使小鼠飲酒（10%酒精）一周，發(fā)現(xiàn)小鼠再次攝入酒精15分鐘后，其AgRP神經(jīng)元活性降低（圖2A-G）。

然后，作者探究酒精攝入是否影響AgRP神經(jīng)元的預(yù)期性反應(yīng)。通常情況下，小鼠攝入糖水后，AgRP神經(jīng)元活性隨即降低（圖2H-I）。但是，對于未攝入糖水的小鼠，它們在第一次舔舐糖水前，AgRP神經(jīng)元不會有任何反應(yīng)；攝入過糖水的小鼠在舔舐糖水前，AgRP神經(jīng)元活性已經(jīng)開始下降，舔舐糖水后降至更低，直到平臺；而飲酒一周的小鼠在舔舐酒精前，AgRP神經(jīng)元無任何反應(yīng)（圖2J-L）。此外，光激活A(yù)gRP神經(jīng)元增加小鼠的攝糖量，而不改變其攝酒量（圖2M-Q）。

以上結(jié)果表明，攝入蔗糖使AgRP神經(jīng)元產(chǎn)生預(yù)期性反應(yīng)，而酒精并不能。

圖2 與蔗糖不同，酒精無法引起AgRP神經(jīng)元的預(yù)期性反應(yīng)

3.酒精抑制AgRP神經(jīng)元不依賴于迷走神經(jīng)

上文已知，酒精可抑制AgRP神經(jīng)元，但不能引起預(yù)期性反應(yīng)。了解現(xiàn)象后，便是相關(guān)機制的探索。

對于酒精與營養(yǎng)物質(zhì)的不同作用機制，作者首先想到的是腦-腸之間的迷走神經(jīng)信號。營養(yǎng)物質(zhì)可作用于胃腸道使之釋放膽囊收縮素（CCK）、肽YY（PYY）等滿足感信號分子，這些信號分子可快速、強效抑制AgRP神經(jīng)元[4]。為探究迷走神經(jīng)是否介導(dǎo)滿足感信號分子對AgRP神經(jīng)元的調(diào)控作用，作者切斷小鼠膈下迷走神經(jīng)（VGX），CCK不再抑制小鼠進食，腸內(nèi)神經(jīng)也不再接受迷走神經(jīng)背核（DMX）的投射（圖3A-C）。他們發(fā)現(xiàn)VGX小鼠AgRP神經(jīng)元不再被腹腔注射的CCK、PYY抑制（圖3D-G），也不再被灌胃攝入的脂肪抑制（圖3H-J），但依然被灌胃攝入的酒精抑制（圖3H，I，K）。

      以上結(jié)果表明，滿足感信號分子與高卡路里食物對AgRP神經(jīng)元的抑制性作用由迷走神經(jīng)介導(dǎo)，而酒精抑制AgRP神經(jīng)元不依賴于迷走神經(jīng)。 

圖3 酒精抑制AgRP神經(jīng)元不依賴于迷走神經(jīng)

4.酒精減少禁食小鼠的攝食行為 

然后，為探究酒精對攝食行為的影響，作者灌胃給予小鼠15%酒精，發(fā)現(xiàn)24小時內(nèi)禁食小鼠的攝食量顯著降低，而飽餐小鼠的攝食量無變化（圖4A-D）。即使連續(xù)給予飽食小鼠2g/kg酒精2周，小鼠依然無動于衷，攝食量無任何變化（圖4E-F）。因此，對于饑餓小鼠，攝入酒精會減少攝食。而對于飽餐的正常小鼠，攝入酒精并不影響攝食行為。 

圖4 酒精減少禁食小鼠而非飽食小鼠的攝食行為

5.酒精與食物區(qū)別作用于獎賞系統(tǒng) 

再然后，為探究酒精對獎賞系統(tǒng)的影響，作者在Slc6a3-Cre小鼠的腹側(cè)被蓋區(qū)（VTA）中注射AAV-DIO-GCaMP6f，發(fā)現(xiàn)灌胃給予小鼠酒精激活VTA多巴胺（DA）神經(jīng)元，給予脂肪亦然，給予水則會抑制VTA DA神經(jīng)元（圖5A-F）。此外，酒精可提高伏隔核（NAc）腦區(qū)多巴胺釋放水平，而脂肪不能（圖5G-L）；脂肪可提高背側(cè)紋狀體（DS）腦區(qū)多巴胺的釋放水平，而酒精不能（圖5M-R）。以上結(jié)果表明，酒精通過VTA DA-NAc環(huán)路介導(dǎo)獎賞行為，高卡路里食物通過VTA DA-DS環(huán)路介導(dǎo)獎賞行為。

圖5 酒精與食物區(qū)別作用于中腦多巴胺獎賞環(huán)路

6.其它成癮性藥品對下丘腦攝食環(huán)路與中腦獎賞環(huán)路的影響

上文結(jié)果表明，酒精并非通過卡路里成分抑制下丘腦攝食環(huán)路，那么，其它成癮物呢？接下來，作者就多種成癮性藥品對下丘腦攝食環(huán)路的影響展開探究。他們記錄AgRP與POMC神經(jīng)元的鈣信號，發(fā)現(xiàn)腹腔注射可卡因、安非他明與尼古丁降低AgRP與POMC神經(jīng)元活性，而腹腔注射鹽、糖、咖啡因不會（圖6A-H），表明營養(yǎng)物質(zhì)需通過胃腸道作用于大腦，而成癮性藥品通過其它機制直接作用于大腦。

獎賞環(huán)路方面，腹腔注射鹽、糖、咖啡因不影響VTA DA神經(jīng)元活性和NAc多巴胺釋放量；而腹腔注射可卡因、安非他明與尼古丁均會提高NAc多巴胺釋放水平，盡管可卡因抑制VTA DA神經(jīng)元，尼古丁激活VTA DA神經(jīng)元，安非他明不影響VTA DA神經(jīng)元活性（圖6I-P）。

綜上，成癮性藥品均可作用于攝食環(huán)路與成癮環(huán)路，且與食物的作用機制不盡相同。 

圖6 其它成癮性藥品對下丘腦攝食環(huán)路與中腦獎賞環(huán)路的影響

7.攝食環(huán)路與獎賞環(huán)路之間的相互作用

最后，作者探究攝食環(huán)路與獎賞環(huán)路之間的相互作用。首先是攝食環(huán)路對獎賞環(huán)路的調(diào)控作用。他們在Agrp-Cre小鼠的ARC中注射AAV-DIO-hM3D，在NAc注射DA指示劑并植入光纖，發(fā)現(xiàn)化學(xué)激活A(yù)gRP神經(jīng)元后小鼠的攝食行為增加，且多巴胺釋放量增加（圖7A-F）。此外，激活A(yù)gRP神經(jīng)元后，酒精與尼古丁引起的多巴胺釋放量也增加（圖7G-L）。 

圖7 激活攝食環(huán)路強化獎賞環(huán)路的反應(yīng)

接著，是獎賞環(huán)路對攝食環(huán)路的調(diào)控作用。他們在Agrp-Cre小鼠的ARC中注射AAV-DIO-GCaMP6s并植入光纖，通過腹腔注射多巴胺受體拮抗劑降低多巴胺信號強度。他們發(fā)現(xiàn)多巴胺信號強度減弱后，灌胃給予脂肪引起的AgRP神經(jīng)元抑制效應(yīng)降低（圖8A-E），酒精與尼古丁對AgRP神經(jīng)元的抑制效應(yīng)也降低（圖8F-K）。

圖8 抑制獎賞環(huán)路弱化攝食環(huán)路的反應(yīng)

總結(jié)

酒精與其它成癮物會影響攝食行為，饑餓程度也會影響機體對成癮物的渴求行為。然而，對于食物與成癮物對下丘腦攝食環(huán)路與中腦獎賞環(huán)路的作用機制是否相同，以及攝食環(huán)路與獎賞環(huán)路相互之間如何相互調(diào)控，九游會j9知之甚少。本篇文章結(jié)合鈣信號記錄、多巴胺信號記錄、膈下迷走神經(jīng)切斷術(shù)、光遺傳學(xué)、化學(xué)遺傳學(xué)等多種方法發(fā)現(xiàn)食物與成癮物通過不同途徑作用于攝食環(huán)路和獎賞環(huán)路，食物需要迷走神經(jīng)，而成癮物不需要。此外，他們發(fā)現(xiàn)攝食環(huán)路和獎賞環(huán)路之間具有正相互作用。這項研究闡釋了食物與成癮物作用于腦神經(jīng)系統(tǒng)的環(huán)路機制（圖9），讓九游會j9了解攝食與飲酒的本質(zhì)區(qū)別，也為臨床治療藥物成癮相關(guān)疾病提供有力支持！

圖9 參與攝食和飲酒的神經(jīng)環(huán)路模式圖

賓夕法尼亞大學(xué)通過鈣信號記錄、多巴胺信號記錄、光遺傳學(xué)、化學(xué)遺傳學(xué)等技術(shù)手段闡釋食物與酒精區(qū)別性作用于腦神經(jīng)系統(tǒng)的環(huán)路機制。九游會j9病毒庫中有豐富多樣的病毒載體，除了文中用到的GCaMP6和DA sensor外，九游會j9病毒庫還有最新的jGCaMP7、GCaMP-X、多彩的XCaMP系列等鈣離子指示劑，以及NE sensor和ACh sensor等神經(jīng)遞質(zhì)探針，質(zhì)量嚴格把關(guān)，經(jīng)由多實驗組驗證，歡迎大家選購！

OBiO九游會j9生物 一直致力為神經(jīng)科學(xué)研究提供整體研究方案，從標(biāo)記、示蹤、基因操作、生理操作到觀察，提供病毒包裝、動物模型構(gòu)建、病理研究等一站式服務(wù)。用實際行動助力中國腦科學(xué)的發(fā)展！

參考文獻

[1].Betley, J.N., et al., Neurons for hunger and thirst transmit a negative-valence teaching signal. Nature, 2015. 521(7551): p. 180-185.

[2].Cohen, J.Y., et al., Neuron-type-specific signals for reward and punishment in the ventral tegmental area. Nature, 2012. 482(7383): p. 85-8.

[3].Alhadeff, A.L., et al., Natural and Drug Rewards Engage Distinct Pathways that Converge on Coordinated Hypothalamic and Reward Circuits. Neuron, 2019.

[4].Beutler, L.R., et al., Dynamics of Gut-Brain Communication Underlying Hunger. Neuron, 2017. 96(2): p. 461-475 e5.