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生物物理所揭示果蠅進(jìn)食欲望神經(jīng)環(huán)路調(diào)控機(jī)制

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生物物理所揭示果蠅進(jìn)食欲望神經(jīng)環(huán)路調(diào)控機(jī)制

摘要: 　　12月7日，國(guó)際期刊自然-通訊（Nature Communications）雜志發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院生物物理學(xué)習(xí)所朱巖課題組的學(xué)習(xí)論文Taotie neurons regulate appetite in Drosophila。該論文首次發(fā)現(xiàn)并鑒定了在果蠅腦中的神經(jīng)內(nèi)分 ...

　　12月7日，國(guó)際期刊自然-通訊（Nature Communications）雜志發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院生物物理學(xué)習(xí)所朱巖課題組的學(xué)習(xí)論文Taotie neurons regulate appetite in Drosophila。該論文首次發(fā)現(xiàn)并鑒定了在果蠅腦中的神經(jīng)內(nèi)分泌區(qū)域內(nèi)，一簇神經(jīng)元監(jiān)控體內(nèi)的能量狀態(tài)并進(jìn)而調(diào)控果蠅的進(jìn)食欲望。
　　大腦在平衡生物體食物攝入和能量消耗的過(guò)程中發(fā)揮著無(wú)可替代的作用。對(duì)進(jìn)食控制如何時(shí)進(jìn)食、進(jìn)食什么及進(jìn)食多少等基本生物學(xué)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，是理解和防治進(jìn)食相關(guān)的生理和精神類疾�。▍捠嘲Y、肥胖癥、糖尿病等）的重要前提。但目前為止，人們對(duì)于人類大腦如何調(diào)控進(jìn)食行為來(lái)滿足身體的能量需求和維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的分子和神經(jīng)機(jī)制仍然知之甚少，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的主要原因之一是不足有效的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ絼?dòng)物。
　　黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）是經(jīng)典的模式動(dòng)物，生命科學(xué)史上許多重要分子都是先在果蠅中發(fā)現(xiàn)并明確其功能的。從生物特性上看，果蠅基因組小，腦神經(jīng)元數(shù)量少，而且生活周期短；果蠅學(xué)習(xí)還具備便利的遺傳操作手段，因此果蠅是學(xué)習(xí)行為相關(guān)的分子和神經(jīng)機(jī)制的首選模型。果蠅的代謝相關(guān)分子機(jī)制也和哺乳動(dòng)物較相似，但是進(jìn)食調(diào)控及神經(jīng)環(huán)路是否也類似，并沒有得到證實(shí)。果蠅能否作為學(xué)習(xí)神經(jīng)調(diào)控機(jī)體能量平衡的模式動(dòng)物呢？
　　朱巖學(xué)習(xí)組經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期探索，在果蠅的腦中鑒定出一簇與進(jìn)食行為直接相關(guān)的神經(jīng)元，將其命名為Taotie（饕餮）神經(jīng)元。利用遺傳學(xué)的手段快速地激活這群神經(jīng)元喚起飽食果蠅的進(jìn)食欲望并引發(fā)強(qiáng)烈的進(jìn)食行為，仿佛果蠅又進(jìn)入了饑餓狀態(tài)。反之，在饑餓的果蠅中抑制Taotie神經(jīng)元活性顯著降低其進(jìn)食欲望和食物的攝入量。利用光遺傳學(xué)的手段持續(xù)長(zhǎng)期地激活Taotie神經(jīng)元時(shí)，果蠅“腦管不住嘴”，引起體脂和體重增加等一系列類似肥胖癥的表型。而且肥胖程度直接與Taotie神經(jīng)元所受的刺激強(qiáng)度呈正相關(guān)。這些結(jié)果顯示出Taotie神經(jīng)元的活性對(duì)體內(nèi)能量穩(wěn)態(tài)尤其是穩(wěn)態(tài)平衡點(diǎn)的確定起著決定性的作用。為了在生理層面更直接地獲得Taotie神經(jīng)元的活性和機(jī)體內(nèi)在生理狀態(tài)之間的聯(lián)系，學(xué)習(xí)人員通過(guò)神經(jīng)元活動(dòng)成像實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Taotie神經(jīng)元的活性受到體內(nèi)血糖水平的調(diào)控，而且Taotie神經(jīng)元的活性直接反映出動(dòng)物自身的饑餓狀態(tài)。此外，該學(xué)習(xí)同時(shí)還發(fā)現(xiàn)激活Taotie神經(jīng)元能夠拮抗飽食信號(hào)，并直接控制類胰島素肽（胰島素在果蠅中的同源物）的分泌。
　　該工作對(duì)進(jìn)食行為相關(guān)神經(jīng)環(huán)路的學(xué)習(xí)具有重要的指導(dǎo)意義，為解開大腦是如何調(diào)控進(jìn)食行為并維持機(jī)體能量穩(wěn)態(tài)平衡等科學(xué)問(wèn)題提供了學(xué)習(xí)思路和學(xué)習(xí)平臺(tái)。該學(xué)習(xí)表明，盡管有著8億年的進(jìn)化距離，果蠅和人的進(jìn)食行為及其神經(jīng)調(diào)控表現(xiàn)出驚人的保守性。由此，從進(jìn)食和代謝相關(guān)的基本分子機(jī)制到進(jìn)食行為神經(jīng)調(diào)控的基本原理，果蠅都與哺乳動(dòng)物相似，將成為學(xué)習(xí)進(jìn)食行為及其異常的神經(jīng)機(jī)制和進(jìn)食及代謝相關(guān)慢性病的理想模型。改變神經(jīng)元的活性能夠產(chǎn)生肥胖果蠅在此之前僅有過(guò)一次報(bào)道，是7年前由果蠅神經(jīng)行為學(xué)開創(chuàng)人Seymour Benzer的實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)的。但是由于那一次涉及的神經(jīng)元數(shù)量龐大，作用復(fù)雜，并沒能深入說(shuō)明機(jī)理。
　　朱巖課題組的博士生詹寅鵬是論文的第一作者。生物物理所學(xué)習(xí)員劉力合作對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行指導(dǎo)。該學(xué)習(xí)得到了中科院百人計(jì)劃、科技部“973”項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和中科院腦先導(dǎo)（B類）等資助。
　　文章鏈接

　　Taotie神經(jīng)元生理功能的模式示意圖
　　來(lái)源:生物物理學(xué)習(xí)所　　編輯:葉瑞優(yōu)生物物理所揭示果蠅進(jìn)食欲望神經(jīng)環(huán)路調(diào)控機(jī)制  |  責(zé)任編輯：曉木蟲
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