Neuron：解密食欲的神经学根源

过去的研究证实突触可塑性是构成记忆和学习的重要神经化学基础。近日来自美国哈佛医学院柏斯以色列狄肯尼斯医学中心的研究人员组成的一个研究小组在新研究中证实突触可塑性同样是生物体产生饥饿和摄食行为的基础。相关研究论文发表在2月9日的《神经元》（Neuron）杂志上。

　　

生物通报道  突触可塑性（Synaptic plasticity）在神经系统科学中是指神经细胞间的连接，即突触，其连接强度可调节的特性。过去的研究证实突触可塑性是构成记忆和学习的重要神经化学基础。近日来自美国哈佛医学院柏斯以色列狄肯尼斯医学中心(Beth Israel Deaconess Medical Center, BIDMC)的研究人员组成的一个研究小组在新研究中证实突触可塑性同样是生物体产生饥饿和摄食行为的基础。相关研究论文发表在2月9日的《神经元》（Neuron）杂志上。

研究结果显示在禁食期间，机体会通过一种称为AgRP的神经元改变结构不断激活自身，促使其更迅速地对促进饥饿的神经刺激产生反应，驱动产生进食欲望。

哈佛医学院糖尿病与代谢及医学系教授、内分泌学部门研究人员、文章的资深作者Bradford Lowell 说：“长期以来，人们都未将突触的可塑性与控制摄食行为的神经回路联系起来。通过新发现我们才解开了人体产生饥饿的神经学机制，对于影响体重和糖尿病的因素获得了更深入的了解。”

柏斯以色列狄肯尼斯医学中心神经病学部主任Clifford Saper说：“对于大多数动物而言，寻觅足够的食物维持生存是它们每天面临的最大挑战，因此大脑中摄食驱动的增强有可能是一种适应性行为。但是对于体重超标的人来说，减弱这种对于AgRP神经元的驱动将有可能成为未来减肥疗法的一条新途径。”

大脑中复杂的，能快速产生神经冲动的神经环路是动物产生饥饿、进食和增重的基础。过去的研究表明表达刺豚鼠相关肽(AgRP)蛋白和阿片促黑素原（POMC）蛋白的神经细胞在摄食行为中发挥了关键性的作用。在大脑的下丘脑区域，AgRP的主要功能是驱动进食和增重，POMC神经元则能抑制摄食行为，增强饱腹感，促进体重丧失。在过去的研究中，Lowell和其他课题组的研究人员证实在小鼠中人为地开启AgRP神经元开关，将导致动物贪吃无度，相对于对照组动物它们的摄食量增大了4倍。鉴于AgRP神经元所发挥的重要作用，科学家们非常有兴趣想知道哪些因子参与调控了这些AgRP神经。

过去在可能直接影响神经元活性的机制研究中，科学家们研究焦点主要放在瘦素、胰岛素和饥饿激素等这一类的激素上。Lowell研究小组的研究人员推测可能有其他的神经元在这一机制中发挥了重要调控作用。

神经元之间的沟通主要是通过一种称为神经递质的化学信使在突触间来回传递。谷氨酸就是这样一种兴奋性神经递质。

Lowell 说：“对大脑其他区域（如调控学习、奖赏和成瘾行为的区域）的研究表明谷氨酸突触具有高度的可塑性，其突触强度甚至有时候数量均可发生改变。”当谷氨酸结合到下游神经元上的NMDA受体上时就会引起突触可塑性，强有力地控制行为。

“NMDA受体是一个不同寻常，且非常有趣的特例，”Lowell 说：“当上游神经元释放出谷氨酸，与下游神经元上的NMDA受体相结合时，会导致下游神经元钙离子内流，转而介入到引起突触可塑性的的信号转导通路中。例如在大脑的海马区，NMDA受体可推动可塑性将记忆编码。”

在这篇文章中，研究人员分别构建了两种AgRP神经元和POMC神经元缺失NMDA受体的遗传工程小鼠。 他们发现POMC神经元缺失NMDA受体的小鼠并没有表现出摄食行为的变化，而AgRP神经元缺失NMDA受体的小鼠则显著不同。

“相比于对照组，AgRP神经元缺失NMDA受体的小鼠吃得少，且更为消瘦，”Lowell解释道。此外，科学家们发现禁食24小时，会引起对照组小鼠强烈的饥饿感——这与AgRP神经元树突棘数量增长67%有着密切的关系。

当对照组小鼠被给予喂食，饥饿可以缓解时，这些突触棘的数量回落到了正常水平。而对于AgRP神经元缺失NMDA受体的突变小鼠而言，禁食并未给突触棘造成任何影响。突触棘数量的变化与小鼠的饥饿和饱腹感之间密切的相关性，表明了AgRP神经元上突触的结构可塑性对动物的摄食行为起重要的调控作用。

哈佛医学院神经生物学系研究人员Bernardo Sabatini 博士说：“肥胖是2型糖尿病、心血管疾病和某些类型癌症的主要风险因子，通过理解摄食行为的神经生物学机制，我们才能进一步找到攻克这一难题的治疗策略。这一课题不仅有利于我们了解饥饿产生的机制，也有利于我们更深入了解突触动态变化的细胞生物学基础，”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Fasting Activation of AgRP Neurons Requires NMDA Receptors and Involves Spinogenesis and Increased Excitatory Tone

AgRP neuron activity drives feeding and weight gain whereas that of nearby POMC neurons does the opposite. However, the role of excitatory glutamatergic input in controlling these neurons is unknown. To address this question, we generated mice lacking NMDA receptors (NMDARs) on either AgRP or POMC neurons. Deletion of NMDARs from AgRP neurons markedly reduced weight, body fat and food intake whereas deletion from POMC neurons had no effect. Activation of AgRP neurons by fasting, as assessed by c-Fos, Agrp and Npy mRNA expression, AMPA receptor-mediated EPSCs, depolarization and firing rates, required NMDARs. Furthermore, AgRP but not POMC neurons have dendritic spines and increased glutamatergic input onto AgRP neurons caused by fasting was paralleled by an increase in spines, suggesting fasting induced synaptogenesis and spinogenesis. Thus glutamatergic synaptic transmission and its modulation by NMDARs play key roles in controlling AgRP neurons and determining the cellular and behavioral response to fasting.