【Science新知】食欲調控，你不是一個人在戰(zhàn)斗！
自古有言：“民以食為天”，由此可見“吃”的重要性。
記者們?yōu)榱巳藗兂缘冒踩b而走險揭發(fā)“地溝油”、“皮鞋膠囊”等有毒食品。每逢新春佳節(jié)，中央領導更是親自出馬到市場問價，保證人們的基本生存權利——“吃”。甚至，斬獲“諾獎”的作家莫言也坦言，寫作的初衷是為了填飽肚子。
對于“吃”的神經(jīng)機制，大量研究表明，下丘腦弓狀核是九游會j9“饑餓感”的核心腦區(qū)，其中AgRP神經(jīng)元、TH神經(jīng)元、POMC神經(jīng)元均參與進食行為[1, 2]。但是，“吃”只有一個核心腦區(qū)嗎？
下丘腦弓狀核調控進食行為
在下丘腦深部，還有另一個小小的腦區(qū)，叫結節(jié)核（Tuberal nucleus, TN）?？蒲袑W者在人類和哺乳動物中對這個腦區(qū)已展開大量研究，但在嚙齒類動物中鮮有探索。過去的研究發(fā)現(xiàn)，患者深部下丘腦損毀會導致厭食癥，而結節(jié)核功能紊亂也會誘發(fā)瘦骨嶙峋惡病質，表明結節(jié)核可能與進食行為相關。
惡病質患者（圖右）
2018年07月06日，《Science》雜志刊登了新加坡生物成像研究院Yu Fu教授的最新重要工作[3]，他們發(fā)現(xiàn)結節(jié)核中生長激素抑制素（Somatostatin, SST）神經(jīng)元在進食行為中起重要作用，這些神經(jīng)元投射到室旁核（PVN）與終紋床核（BNST）以調控進食。本篇工作首次發(fā)現(xiàn)結節(jié)核在饑餓環(huán)路中的功能，進一步揭示了食欲調節(jié)的神經(jīng)機制。
Yu Fu教授
1.饑餓處理小鼠激活TNSST神經(jīng)元
在人類大腦中，結節(jié)核（TN）毗鄰外側下丘腦（LH）與結節(jié)乳頭核（TMN），以大量表達SST為標志，于是作者在小鼠中對結節(jié)核腦區(qū)SST神經(jīng)元（TNSST）展開研究。他們將SST-Cre小鼠與Ai14報告鼠雜交，其子代的SST神經(jīng)元均會表達紅色熒光蛋白，借此，九游會j9可看到SST神經(jīng)元在下丘腦中的分布。
作者發(fā)現(xiàn)，SST神經(jīng)元在弓狀核（Arc）和TN中大量存在（圖1A）。免疫組化結果表明，在Arc中SST神經(jīng)元與AgRP、TH、POMC神經(jīng)元共標極少（圖1B），在TN附近，SST神經(jīng)元與LHMCH、LHOrx、TMNHDC神經(jīng)元無共標（圖1C），以上這些神經(jīng)元均調節(jié)進食行為或代謝過程[4, 5]。
接下來，作者過夜禁食或者用腹腔注射饑餓素處理小鼠，發(fā)現(xiàn)TNSST神經(jīng)元中c-fos表達水平顯著提高。膜片鉗電生理實驗中，加入饑餓素后TNSST神經(jīng)元釋放頻率顯著增加，表明TNSST神經(jīng)元被饑餓感所激活。
圖1 饑餓處理小鼠激活TNSST神經(jīng)元
2.TNSST神經(jīng)元調控進食行為
了解TNSST神經(jīng)元被饑餓狀態(tài)激活之后，為研究TNSST神經(jīng)元在進食行為中的充分性與必要性，作者在SST-Cre小鼠的TN中注射AAV-DIO-hM3D或AAV-DIO-KORD，發(fā)現(xiàn)藥物激活TNSST神經(jīng)元誘發(fā)小鼠進食行為，表現(xiàn)在進食量、進食持續(xù)時間、每次啃咬食物時間和進食頻率；而藥物抑制TNSST神經(jīng)元后小鼠進食行為明顯減少。作者還通過光遺傳學方法激活、抑制TNSST神經(jīng)元，得到相同結論（圖2A-N）。
為研究TNSST神經(jīng)元功能的長期效應，作者在SST-Cre小鼠的TN中注射AAV-flex-taCasp3以誘導TNSST神經(jīng)元凋亡，10周后，發(fā)現(xiàn)小鼠體重增長緩慢（圖2O）。
過去的研究表明，獎賞與厭惡均可能誘發(fā)進食行為。為探究TNSST神經(jīng)元的喜惡效應，作者使用條件位置偏好（CPP）行為學范式，發(fā)現(xiàn)藥物激活TNSST神經(jīng)元會誘發(fā)小鼠偏好性行為（圖2P）。
圖2 TNSST神經(jīng)元調控進食行為
3.TNSST神經(jīng)元通過PVN和BNST調節(jié)進食行為
在了解TNSST神經(jīng)元在進食行為中的充要性之后，作者就其下游腦區(qū)展開探索。他們在SST-Cre小鼠TN中注射AAV-FLEX-GFP以示蹤這些神經(jīng)元，發(fā)現(xiàn)其主要下游腦區(qū)為PVN、BNST、CeA、PAG、PVT與PBN，其中同一群神經(jīng)元會投射到多個腦區(qū)（至少2個），與ArcAgRP的“一對一”投射方式不同[6]（圖3A-E）。
為探究哪條環(huán)路調控進食行為，作者在SST-Cre小鼠TN中注射AAV-DIO-ChR2，分別在PVN、BNST、CeA、PAG中埋植光纖，發(fā)現(xiàn)光激活TNSST-PVN、TNSST-BNST環(huán)路可誘發(fā)進食行為，而光激活其它環(huán)路無影響（圖3F-I）。
圖3 TNSST神經(jīng)元通過PVN和BNST調節(jié)進食行為
4.TNSST神經(jīng)元主要為GABA能神經(jīng)元
在了解TNSST神經(jīng)元功能與下游腦區(qū)后，作者就其本身細胞類型展開研究。通過原位雜交與免疫組化實驗，他們發(fā)現(xiàn)TNSST神經(jīng)元主要為γ-氨基丁酸（GABA）能神經(jīng)元，而與谷氨酸能神經(jīng)元無交集（圖4A-D）。
為研究TNSST神經(jīng)元對下游的抑制性效應參與進食行為，作者在SST-Cre小鼠TN中注射AAV-DIO-hM3D，并在PVN中埋管注入CNO與GABAA受體拮抗劑荷包牡丹堿。他們發(fā)現(xiàn)化學激活TNSST-PVN環(huán)路會誘發(fā)進食行為，但同時阻斷其GABA受體則會大幅降低此誘發(fā)效應（圖4E），與ArcAgRP神經(jīng)元調控機制相似[7]，表明TNSST神經(jīng)元通過對下游腦區(qū)的抑制性投射來調節(jié)進食行為。
圖4 TNSST神經(jīng)元主要為GABA能神經(jīng)元
總結
民以食為天，“吃”是人類與其他動物賴以生存的功能。過去的研究表明Arc中AgRP神經(jīng)元為饑餓環(huán)路的核心。本文結合化學遺傳學、光遺傳學、電生理、行為學等方法，首次發(fā)現(xiàn)饑餓環(huán)路的另一核心——TNSST神經(jīng)元，激活TNSST神經(jīng)元可誘發(fā)進食行為，抑制或殺死TNSST神經(jīng)元會減少進食行為從而阻滯體重的增加。此外，TNSST神經(jīng)元主要通過下游PVN與BNST腦區(qū)調控進食行為。本文揭示了進食行為的新神經(jīng)機制，極大提高了九游會j9在饑餓、進食領域的認知，讓九游會j9更了解自己為什么想“吃”！
九游會j9生物 一直關注神經(jīng)、代謝、腫瘤領域的重大研究進展，為各種生理、病理研究提供最新工具和研究方案，助力臨床轉化和基因治療！
·參考文獻·
1.Gropp, E., et al., Agouti-related peptide-expressing neurons are mandatory for feeding. Nat Neurosci, 2005. 8(10): p. 1289-91.
2.Zhang, X. and A.N. van den Pol, Hypothalamic arcuate nucleus tyrosine hydroxylase neurons play orexigenic role in energy homeostasis. Nat Neurosci, 2016. 19(10): p. 1341-7.
3.Luo, S.X., et al., Regulation of feeding by somatostatin neurons in the tuberal nucleus. Science, 2018.361(6397): p. 76-81.
4.Whiddon, B.B. and R.D. Palmiter, Ablation of neurons expressing melanin-concentrating hormone (MCH) in adult mice improves glucose tolerance independent of MCH signaling. J Neurosci, 2013. 33(5): p. 2009-16.
5.Haas, H. and P. Panula, The role of histamine and the tuberomamillary nucleus in the nervous system. Nat Rev Neurosci, 2003. 4(2): p. 121-30.
6.Betley, J.N., et al., Parallel, redundant circuit organization for homeostatic control of feeding behavior. Cell, 2013. 155(6): p. 1337-50.
7.Garfield, A.S., et al., A neural basis for melanocortin-4 receptor-regulated appetite. Nat Neurosci, 2015. 18(6): p. 863-71.
