時(shí)間：2022-08-11 熱度：

高熱量食物會(huì)引起肥胖，然而人們總是管不住貪吃的嘴，對(duì)高熱量食物欲罷不能，這其中的神經(jīng)炎癥機(jī)制暫不清晰。

 

2022年8月1日，浙江大學(xué)腦科學(xué)與腦醫(yī)學(xué)學(xué)院周煜東/沈逸課題組在Nature Neuroscience雜志上發(fā)表“Diet-induced Inflammation in the Anterior Paraventricular Thalamus Induces Compulsive Sucrose-seeking”的研究論文，揭示了高脂飲食（high-fat diet, HFD）引發(fā)強(qiáng)迫性進(jìn)食的神經(jīng)炎癥機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)高脂飲食可誘導(dǎo)小鼠丘腦室旁核前側(cè)（anterior paraventricular thalamus, aPVT）小膠質(zhì)細(xì)胞激活從而引發(fā)aPVT興奮性神經(jīng)元活動(dòng)增加，導(dǎo)致小鼠出現(xiàn)強(qiáng)迫性進(jìn)食行為，即明知存在風(fēng)險(xiǎn)，仍要選擇獲取食物。為理解高脂食物引發(fā)強(qiáng)迫性進(jìn)食的機(jī)制及探索預(yù)防由高脂飲食引起的肥胖提供了科學(xué)依據(jù)。
 

 

結(jié)果

 

首先，為研究高脂飲食（high-fat diet, HFD）小鼠的強(qiáng)迫進(jìn)食行為，研究者訓(xùn)練小鼠按壓杠桿以獲取蔗糖獎(jiǎng)勵(lì)，隨后，引入恐懼條件反射，即在按壓獲取蔗糖獎(jiǎng)勵(lì)的同時(shí)，會(huì)有50%的概率出現(xiàn)燈光線索（conditioned stimulus, CS）耦聯(lián)的足底電擊刺激（圖1a）。結(jié)果顯示，在蔗糖獎(jiǎng)賞和電擊恐懼刺激同時(shí)存在的情況下，正常喂養(yǎng)小鼠按壓杠桿的次數(shù)相較于僅存在蔗糖獎(jiǎng)賞時(shí)顯著降低，而高脂飲食小鼠按壓次數(shù)則基本保持不變（圖1b-e）。提示了HFD可誘發(fā)小鼠產(chǎn)生強(qiáng)迫進(jìn)食行為。
 

圖1 HFD可誘發(fā)小鼠產(chǎn)生強(qiáng)迫進(jìn)食行為

 

接下來(lái)，研究者探討了高脂飲食誘發(fā)小鼠產(chǎn)生強(qiáng)迫進(jìn)食行為的神經(jīng)機(jī)制，借助c-fos染色發(fā)現(xiàn)HFD小鼠丘腦室旁核前側(cè)（anterior paraventricular thalamus, aPVT）在強(qiáng)迫攝取蔗糖過(guò)程中CaMKIIα神經(jīng)元異常激活（圖2a-d）。隨后，借助在體光纖記錄發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)HFD小鼠在強(qiáng)迫進(jìn)食（按壓杠桿獲取蔗糖獎(jiǎng)勵(lì)的同時(shí)，也伴隨著燈光線索耦聯(lián)的足底電擊刺激）過(guò)程中，aPVT CaMKIIα神經(jīng)元活動(dòng)明顯增加（圖2e-h）。

 

進(jìn)一步，研究者在正常飲食小鼠aPVT注射AAV-CaMKIIα-ChR2-mCherry病毒，并埋入光纖，發(fā)現(xiàn)光遺傳學(xué)激活aPVT CaMKIIα神經(jīng)元，可增加正常飲食小鼠在足底電擊時(shí)的按壓杠桿次數(shù)；同時(shí)研究者借助化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)CNO抑制aPVT CaMKIIα神經(jīng)元時(shí)，可減少HFD小鼠按壓杠桿次數(shù)（圖2i-n）。這些結(jié)果提示了小鼠大腦aPVT區(qū)興奮性神經(jīng)元的活動(dòng)參與小鼠強(qiáng)迫性進(jìn)食行為，激活aPVT CaMKIIα神經(jīng)元可促進(jìn)小鼠的強(qiáng)迫性攝取糖水行為；抑制aPVT CaMKIIα神經(jīng)元?jiǎng)t減弱小鼠該行為。高脂飲食通過(guò)誘導(dǎo)aPVT區(qū)興奮性神經(jīng)元的活動(dòng)增強(qiáng)從而引起強(qiáng)迫性進(jìn)食。

 

圖2 aPVT興奮性神經(jīng)元的異?；钴S促進(jìn)小鼠強(qiáng)迫性進(jìn)食行為

 

最后，作者研究了HFD誘導(dǎo)aPVT中興奮性神經(jīng)元活動(dòng)水平升高的機(jī)制。研究者發(fā)現(xiàn)高脂飲食可導(dǎo)致aPVT區(qū)小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量顯著增多（圖3a,b）。通過(guò)給予HFD小鼠喂食含有PLX3397（集落刺激因子1受體(CSF1R)抑制劑）的食物發(fā)現(xiàn)，HFD小鼠aPVT神經(jīng)元活動(dòng)減弱，并緩解強(qiáng)迫性進(jìn)食行為；此外，研究者將抗CSF-1抗體注射至小鼠aPVT區(qū)以特異性減少HFD小鼠aPVT小膠質(zhì)細(xì)胞增生，同樣發(fā)現(xiàn)HFD小鼠強(qiáng)迫性攝取糖水行為受到抑制（圖3c-i）。提示了高脂飲食通過(guò)誘導(dǎo)aPVT小膠質(zhì)細(xì)胞激活引發(fā)aPVT興奮性神經(jīng)元活動(dòng)水平提升，進(jìn)而導(dǎo)致小鼠產(chǎn)生強(qiáng)迫性進(jìn)食行為。
 

圖3 HFD誘導(dǎo)aPVT小膠質(zhì)細(xì)胞激活促進(jìn)小鼠強(qiáng)迫性進(jìn)食行為

結(jié)論
 

 本文通過(guò)對(duì)比高脂飲食小鼠與正常飲食小鼠的強(qiáng)迫性進(jìn)食行為，配合光遺傳學(xué)、化學(xué)遺傳學(xué)、鈣離子光纖記錄、免疫染色、行為學(xué)等多種技術(shù)手法，揭示了高脂飲食引發(fā)強(qiáng)迫性進(jìn)食的神經(jīng)炎癥機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)高脂飲食可誘導(dǎo)小鼠aPVT小膠質(zhì)細(xì)胞激活，使大腦處于慢性炎癥狀態(tài)，從而引發(fā)aPVT中與獎(jiǎng)賞有關(guān)的興奮性神經(jīng)元異?；钴S，最終導(dǎo)致小鼠出現(xiàn)強(qiáng)迫性進(jìn)食行為。這為理解高脂食物引發(fā)強(qiáng)迫性進(jìn)食的機(jī)制及探索預(yù)防由高脂飲食引起的肥胖提供了科學(xué)依據(jù)。

 

浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士生程晶晶、馬曉林和博士后李春祿為論文共同第一作者，周煜東教授和沈逸副教授為共同通訊作者。課題受到科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“發(fā)育編程及其代謝調(diào)節(jié)”重點(diǎn)專項(xiàng)和國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。  

九游會(huì)j9生物有幸為研究者提供實(shí)驗(yàn)中使用的AAV載體，助力神經(jīng)科學(xué)研究！