华人学者Cell子刊解析贪吃的神经学根源

　　

生物通报道  乔治亚大学的研究人员在昆虫大脑中发现了与享受性进食相关的神经通路，这一研究发现为了我们提供了一面镜子，来阐明人类大脑中的进食冲动信号通路。

乔治亚大学Franklin文理学院细胞生物学副教授沈平（Ping Shen，生物通音译）说：“我们知道当昆虫感到饥饿时，它们会吃得更多，变得更具攻击性，并且愿意完成更多的工作来获取食物。然而这一奖赏驱动行为（reward-driven behavior）的另外一面却鲜为人知——当动物不是太饿时，它们闻到一些很香的味道，仍然会对食物感到兴奋。”

“事实上，像果蝇幼虫这种低等动物会基于奖赏信号做出这种冲动性进食行为，真是令人感到惊喜。“

沈平领导的研究小组发现向饲养果蝇幼虫提供促进食欲的气味，可引起其冲动性摄取富含糖的食物。这一发表在2月28日《Cell Reports》杂志上的研究结果，表明享受性进食是一种古老的行为，果蝇幼虫可用于研究嗅觉奖赏驱动性冲动的神经生物学和进化。

为了在果蝇中测试这些奖赏驱动性行为，沈平提供给吃得很好的果蝇幼虫促进食欲的气味。在任何情况下，当周围有诱人气味时饲养果蝇幼虫的摄食量增加了30%。但是，向这些昆虫提供劣质膳食时，它们会拒绝进食。

他说：“它们也有期望。如果我们将糖浓度降到阈值一下，它们就不会做出反应。这与你在人类中看到的相似，如果你得到一块漂亮的蛋糕，你会尝一尝它，在断定它不新鲜及糟糕后，你就不会再对它感兴趣。”

沈平研究小组也尝试进一步解析了这一现象，即兴奋与期望之间的联系。他发现当向果蝇幼虫提供一阵短暂的气味时，它们愿意按照冲动采取行动的时间总计为15分钟。

“15分钟后，它们恢复至正常。你会感到兴奋，但不会永远维持兴奋，所以一定有一种关闭机制，”他说。

他的研究表明，神经肽类或是大脑化学物质作为信号传导分子触发了冲动进食，在果蝇和人类之间这一点是一致的。神经元接受并将刺激转换为思维，随后传递到下游机制告知动物采取行动。这些信号分子是这种冲动的必要条件，表明在果蝇和人类之间这些功能的分子细节有进化关联。

沈平说：“人类和果蝇已经进化到能够感知一些高度奖赏性信息，它们这种感知与行为表现联系起来。只要这一机制被激活，动物就会进食。这种联系有可能早在果蝇和人类发生遗传分离之前就已经建立。这就是为何两者都具有这种行为的原因。”

冲动和奖赏驱动性行为在很大程度上被误解，部分原因在于人脑中复杂的运作系统。就图式和结构而言，果蝇幼虫的神经系统与成体果蝇和哺乳动物非常相似，只是神经元较少，神经布线没那么复杂。

“哺乳动物大脑的某种特定功能可能需要大的神经簇。在果蝇中，只需要1个或4个神经元。它们只是数量上较为简单，而非原理，”他说。

在果蝇模型中，研究人员证实有四个神经元负责将信号从嗅觉中心传递至大脑刺激行动。每个气味及受体转换反应都略有不同。现在沈平正与乔治亚大学计算机科学助理教授、生物成像研究中心和生物信息学研究所成员Tianming Liu，致力于研究一种计算机模型，以确定这些气味被解读为刺激的机制。

 “节食是相当困难的事情，尤其是在美食环境下。很难控制这种冲动。因此，如果我们了解了这种冲动性进食行为发生的机制，我们或许能够想出一个办法，至少从行为层面上来阻止它。我们可以更好地调节我们的行为，或利用化学干预减弱这些信号。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Neuropeptide-Gated Perception of Appetitive Olfactory Inputs in Drosophila Larvae

Understanding how smell or taste translates into behavior remains challenging. We have developed a behavioral paradigm in Drosophila larvae to investigate reception and processing of appetitive olfactory inputs in higher-order olfactory centers. We found that the brief presentation of appetitive odors caused fed larvae to display impulsive feeding of sugar-rich food. Deficiencies in the signaling of neuropeptide F (NPF), the fly counterpart of neuropeptide Y (NPY), blocked appetitive odor-induced feeding by disrupting dopamine (DA)-mediated higher-order olfactory processing. We have identified a small number of appetitive odor-responsive dopaminergic neurons (DL2) whose activation mimics the behavioral effect of appetitive odor stimulation. Both NPF and DL2 neurons project to the secondary olfactory processing center; NPF and its receptor NPFR1 mediate a gating mechanism for reception of olfactory inputs in DL2 neurons. Our findings suggest that eating for reward value is an ancient behavior and that fly larvae are useful for studying neurobiology and the evolution of olfactory reward-driven behavior