浙大国家项目PNAS揭秘果蝇觅食行为

　　

生物通报道：四月六日，来自浙江大学、加州大学伯克利分校和四川大学的研究人员在国际权威期刊《PNAS》发表题为“Octopamine mediates starvation-induced hyperactivity in adult Drosophila”的最新研究成果。这项研究通过在实验室中重现果蝇的觅食行为，第一次在动物中发现了一种调控觅食行为的分子——章胺（octopamine）。延伸阅读：果蝇细胞的研究带来癌症新见解。

浙大生命科学研究院的硕士研究生杨哲、博士研究生于悦和美国加州大学伯克利分校分子与细胞生物学系的Vivian Zhang 是论文的共同第一作者。本文通讯作者是浙江大学生命科学研究院教授、研究员、博士生导师王立铭博士。王立铭博士2005年本科毕业于北京大学，2011年在美国加州理工学院获博士学位，此后分别在美国加州理工学院做访问研究、加州大学伯克利分校Bowes研究员、波士顿咨询公司咨询顾问，2014年至今就职于浙江大学生命科学研究院。目前已获得中组部第五批“青年****”支持，浙江省2014年度“****”支持，以及来自浙江大学和生命科学研究院的启动经费支持。对对与神经系统与代谢系统相关联的生物学问题展开研究，已在PNAS、Nature Methods、Nature、Nature Neurosci、Neuron等知名学术期刊发表论文多篇。

中枢神经系统（CNS）对能量平衡起着重要作用，它积极监测内部能量状态的变化，并调节一系列生理和行为反应，以确保保持能量平衡。觅食行为对于食物供应的定位和获取是至关重要的，从而对能量平衡也很重要。这在动物行动学设置以及控制良好的实验室条件下，已经得以广泛证明。食物短缺的实验啮齿动物，在进餐前几个小时表现出刻板的食物预期效能（FAA），其特点是运动和其他食欲行为的稳定增加。驱动FAA的神经基质仍然还不明确。值得注意的是，FAA的调控似乎与这种摄食行为是分离的。这些结果表明，存在一种独立和有点离散的机制调节着觅食行为。

在无脊椎动物（如秀丽隐杆线虫和果蝇）中，觅食行为也已得到了广泛的研究。线虫种群表现出两种自然出现的觅食模式：“独居”的线虫分散在细菌菌苔当中；“社交”的线虫沿食物边缘聚集并形成团块。这种行为的差异是由npr-1基因（神经肽受体相似物）自然变异所控制，该基因编码一种受体，与哺乳动物中促进食欲的神经肽Y受体家族是同源的。

类似的情况也在果蝇幼虫中被识别，有两种不同的觅食形式（存在于自然界）：“流浪者”和“保姆”。接触食物来源时，“保姆”而不是“流浪者”减少觅食的移动速度。名为foraging的单基因（编码一个cGMP依赖性蛋白激酶）自然变异，是这种行为差异的原因。但是，目前尚不清楚的是，是否以上概述的觅食策略是由动物的代谢状态所驱动？如果是这样，npr-1和觅食是否相关。值得注意的是，无论是线虫还是果蝇幼虫，都是连续的进食者。因此，很难将内部能量状态对觅食行为的影响，与食物供应的剧烈变化分离开来。

在这项研究中，该研究小组证实并扩展了以前“饥饿诱导成年果蝇的自发性活动”的研究结果。这些研究还表明，饥饿诱导的多动，直接作用于食物资源的采集和定位，因为它可以抑制动物对食物线索的检测。进一步的研究发现，章胺（octopamine）——脊椎动物去甲肾上腺素的昆虫对应物，以及表达章胺的神经元，对于饥饿诱导的多动性是必要和充分的。章胺并不是饥饿诱导的摄食行为变化所必需的，表明能量摄入行为是独立于饥饿状态的。

总而言之，这些研究结果为探讨CNS调控的能量代谢提供了一种量化的行为模式，并确定了一种保守的神经基质，将生物体代谢状态与一种特定的行为输出联系起来。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Octopamine mediates starvation-induced hyperactivity in adult Drosophila
Abstract: Starved animals often exhibit elevated locomotion, which has been speculated to partly resemble foraging behavior and facilitate food acquisition and energy intake. Despite its importance, the neural mechanism underlying this behavior remains unknown in any species. In this study we confirmed and extended previous findings that starvation induced locomotor activity in adult fruit flies Drosophila melanogaster. We also showed that starvation-induced hyperactivity was directed toward the localization and acquisition of food sources, because it could be suppressed upon the detection of food cues via both central nutrient-sensing and peripheral sweet-sensing mechanisms, via induction of food ingestion. We further found that octopamine, the insect counterpart of vertebrate norepinephrine, as well as the neurons expressing octopamine, were both necessary and sufficient for starvation-induced hyperactivity. Octopamine was not required for starvation-induced changes in feeding behaviors, suggesting independent regulations of energy intake behaviors upon starvation. Taken together, our results establish a quantitative behavioral paradigm to investigate the regulation of energy homeostasis by the CNS and identify a conserved neural substrate that links organismal metabolic state to a specific behavioral output.