eLife揭秘：饮食和衰老之间的神经密码

最近在《eLife》发表的一项研究中，来自伦敦国王学的研究人员，与美国乔治亚理工学院的工程师合作，发现线虫（C. elegans）特定神经元中5-羟色胺和TGF-β激素的水平，传达的是有关线虫食物丰富度的信息。来自神经系统的这些信号，影响着动物的寿命，从而介导食物对衰老的影响。

　　

生物通报道：饮食会对健康和衰老产生重大的影响。神经系统在这一过程中发挥重要的作用，但是，到目前为止，食物信号是如何由神经系统解读的，一直是一个谜。这是一个重要的问题，因为神经系统对食物的感知，影响到的不只是衰老，而且还有其他健康和疾病相关的过程，包括代谢、生殖和发育。延伸阅读：Genes Dev：影响衰老和疾病的新循环机制。

最近在《eLife》发表的一项研究中，来自伦敦国王学院精神病学、心理学和神经科学学院（IoPPN）MRC发育神经生物学研究中心（MRC CDN）的研究人员，与美国乔治亚理工学院的工程师合作，发现线虫（C. elegans）特定神经元中5-羟色胺和TGF-β激素的水平，传达的是有关线虫食物丰富度的信息。来自神经系统的这些信号，影响着动物的寿命，从而介导食物对衰老的影响。

这项工作来自于一项跨学科合作，不仅揭示了从食物到寿命的联系，而且还进一步阐明了神经系统如何处理信息。特别是，研究人员在这一神经基因回路中发现了一种意外复杂的调控，也会改变其基因表达信号的精度。因此，基因表达也可以作为神经系统中信息处理的一个附加层。这项工作揭示了食物信号是如何进行处理的，以及其相应神经编码的精度是如何被调控的。

本文共同资深作者、伦敦帝国学院IoPPN的QueeLim Ch'ng博士指出：“通过生物学家和工程师的紧密合作，我们可以将神经编码（神经系统科学的基础）的生物学、自动化和计算相结合。这是第一次在多细胞动物中、以这种细节层次分析神经基因的表达，对于计算这一神经基因表达密码的准确性，以及不同的基因对它有何影响，是至关重要的。当想到神经系统中的编码信息时，大多数人想到的电活动。我们的工作表明，基因的表达是神经系统信息处理过程中一个重要、但几乎未开发的方面。”

据认为，5-羟色胺和TGF-β通路与多种人类疾病有关，包括癌症、精神疾病、糖尿病和肥胖。在简单的线虫中，强大的遗传学工具已经揭示了人体生理和疾病的许多基础遗传通路，因为许多重要的基因在线虫和人类中发挥着相同的功能。

“我们的研究将继续阐明将饮食与健康疾病联系起来的通路和机制，同时揭示信息处理的一般原则，这对于处理引发许多疾病的复杂基因-环境相互作用，将是至关重要的。”

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
A gene-expression-based neural code for food abundance that modulates lifespan
Abstract：How the nervous system internally represents environmental food availability is poorly understood. Here, we show that quantitative information about food abundance is encoded by combinatorial neuron-specific gene-expression of conserved TGFβ and serotonin pathway components in Caenorhabditis elegans. Crosstalk and auto-regulation between these pathways alters the shape, dynamic range, and population variance of the gene-expression responses of daf-7 (TGFβ) and tph-1 (tryptophan hydroxylase) to food availability. These intricate regulatory features provide distinct mechanisms for TGFβ and serotonin signaling to tune the accuracy of this multi-neuron code: daf-7 primarily regulates gene-expression variability, while tph-1 primarily regulates the dynamic range of gene-expression responses. This code is functional because daf-7 and tph-1 mutations bidirectionally attenuate food level-dependent changes in lifespan. Our results reveal a neural code for food abundance and demonstrate that gene expression serves as an additional layer of information processing in the nervous system to control long-term physiology.