朱岩课题组发现发现调控果蝇进食欲望神经环路的新机制

发布日期:2017-02-28 来源:本站

大脑在平衡生物体食物摄入和能量消耗的过程中发挥着无可替代的作用。对进食控制如-何时进食、进食什么及进食多少等基本生物学问题的认识,是理解和防治进食相关的生理和精神类疾病(厌食症、肥胖症、糖尿病等)的重要前提。但目前为止,我们对于人类大脑如何调控进食行为来满足身体的能量需求和维持机体内环境稳态的分子和神经机制仍然知之甚少,导致这一现象的主要原因之一是缺乏有效的实验模式动物。

黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)是经典的模式动物,生命科学史上许多重要分子都是先在果蝇中发现并明确其功能的。从生物特性上看,果蝇基因组小,脑神经元数量少,而且生活周期短;果蝇研究还具备便利的遗传操作手段,因此果蝇是研究行为相关的分子和神经机制的首选模型。果蝇的代谢相关分子机制也和哺乳动物较相似,但是进食调控及神经环路是否也类似,并没有得到证实。果蝇能否作为研究神经调控机体能量平衡的模式动物呢?

2016127《自然通讯》杂志(Nature Communications发表了中科院生物物理所脑与认知科学国家重点实验室朱岩课题组的研究论文“Taotie neurons regulate appetite in Drosophila。该论文首次发现并鉴定了在果蝇脑中的神经内分泌区域内,一簇神经元监控体内的能量状态并进而调控果蝇的进食欲望。他们将这组神经元命名为Taotie饕餮)神经元。

利用遗传学的手段快速地激活这群神经元唤起饱食果蝇的进食欲望并引发强烈的进食行为,仿佛果蝇又进入了饥饿状态。反之,在饥饿的果蝇中抑制Taotie神经元活性显著降低其进食欲望和食物的摄入量。利用光遗传学的手段持续长期地激活Taotie神经元时,果蝇“脑管不住嘴”,引起体脂和体重增加等一系列类似肥胖症的表型。而且肥胖程度直接与Taotie神经元所受的刺激强度呈正相关。这些结果显示出Taotie神经元的活性对体内能量稳态尤其是稳态平衡点的确定起着决定性的作用。为了在生理层面更直接地获得Taotie神经元的活性和机体内在生理状态之间的联系,研究人员通过神经元活动成像实验发现,Taotie神经元的活性受到体内血糖水平的调控,而且Taotie神经元的活性直接反映出动物自身的饥饿状态。此外,该研究同时还发现激活Taotie神经元能够拮抗饱食信号,并直接控制类胰岛素肽(胰岛素在果蝇中的同源物)的分泌。

该工作对进食行为相关神经环路的研究具有重要的指导意义,为解开大脑是如何调控进食行为并维持机体能量稳态平衡等科学问题提供了研究思路和研究平台。该研究表明,尽管有着8亿年的进化距离,果蝇和人的进食行为及其神经调控表现出惊人的保守性。由此,从进食和代谢相关的基本分子机制到进食行为神经调控的基本原理,果蝇都与哺乳动物相似,将成为研究进食行为及其异常的神经机制和进食及代谢相关慢性病的理想模型。改变神经元的活性能够产生肥胖果蝇在此之前仅有过一次报道,是7年前由果蝇神经行为学开创人Seymour Benzer实验室发现的。但是由于那一次涉及的神经元数量庞大,作用复杂,并没能深入说明机理。

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图示:Taotie神经元生理功能的模式示意图

文章链接:

http://www.nature.com/articles/ncomms13633