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      果蠅大腦如何控制他們選擇吃的東西

      使用果蠅,約翰霍普金斯大學(xué)的研究人員說(shuō),他們已經(jīng)確定了一組特定的,非常小的腦細(xì)胞 - 被稱為多巴胺楔形神經(jīng)元 - 負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)昆蟲的食物偏好,而不是他們喜歡的東西。

      果蠅大腦如何控制他們選擇吃的東西

      他們報(bào)告說(shuō),當(dāng)調(diào)查人員在他們的飲食中剝奪了蛋白質(zhì)的蒼蠅時(shí),這些神經(jīng)元釋放出一種化學(xué)信號(hào)(多巴胺),似乎可以指導(dǎo)蒼蠅渴望獲得主要的蛋白質(zhì)來(lái)源 - 酵母 - 超越他們尋找糖的天然趨勢(shì)。

      在5月5日在線發(fā)表在“科學(xué)”雜志上的實(shí)驗(yàn)總結(jié)中,研究人員表示他們的研究結(jié)果可以促進(jìn)對(duì)哺乳動(dòng)物(包括人類)類似過(guò)程的研究,這可能會(huì)更好地了解饑餓,渴望和最終的體重增加。肥胖。

      雖然實(shí)驗(yàn)者已經(jīng)確定果蠅和哺乳動(dòng)物中的傳感器和激素可以控制我們消耗多少卡路里,但約翰霍普金斯大學(xué)的研究人員表示,他們相信這是第一次在任何動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)特異性的饑餓機(jī)制。

      “我們發(fā)現(xiàn)只有少數(shù)神經(jīng)元在果蠅大腦中形成一個(gè)回路,采用學(xué)習(xí)和記憶中使用的過(guò)程來(lái)控制持續(xù)的,有動(dòng)機(jī)的行為,在這種情況下是食物偏好,”馬克吳博士,醫(yī)學(xué)博士,副教授說(shuō)。約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)病學(xué)系。去年,吳的研究小組在果蠅大腦中發(fā)現(xiàn)了類似的電路,控制瞌睡,果蠅保持清醒的時(shí)間越長(zhǎng)。

      在尋找控制飲食行為的神經(jīng)元時(shí),研究人員使用了最近交配過(guò)的雌性動(dòng)物,它們傾向于以較高的蛋白質(zhì)來(lái)源為食,從而加載蛋中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。他們搜索了不同的果蠅線,每個(gè)果蠅都使用遺傳工具進(jìn)行設(shè)計(jì),該工具阻止了大腦中某些不同的神經(jīng)元群體被射擊。他們對(duì)來(lái)自每一行的雌性進(jìn)行了測(cè)試,以確定在交配后不再喜歡吃高蛋白酵母的雌性。為了測(cè)量蒼蠅吃多少高蛋白酵母,他們?cè)诮湍甘澄飦?lái)源中加入染料,然后將蒼蠅碾碎并使用一種檢測(cè)攝入染料量的儀器。

      最初,吳的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一組控制蛋白質(zhì)偏好的多巴胺神經(jīng)元。但是當(dāng)他們繼續(xù)分析神經(jīng)元時(shí),他們說(shuō)他們能夠?qū)⑹澄锲眯盘?hào)分配給昆蟲大腦兩側(cè)的兩個(gè)神經(jīng)元,因?yàn)樗男螤畋环Q為楔形,導(dǎo)致它們稱之為食物偏好細(xì)胞多巴胺楔形神經(jīng)元。

      然后研究人員使用微小的電極測(cè)量這些神經(jīng)元在他們的飲食中缺乏富含蛋白質(zhì)的酵母的果蠅中的電子發(fā)射(信號(hào)傳導(dǎo))行為。經(jīng)過(guò)8天的蛋白質(zhì)剝奪后,他們的多巴胺 - 楔形神經(jīng)元的發(fā)射速度比正常蛋白質(zhì)飲食中的果蠅快4倍。

      在自然界中,在蛋白質(zhì)被剝奪后,蒼蠅傾向于尋找高蛋白酵母作為食物來(lái)源而不是他們通常喜歡的快速能量增加的果糖,因此研究人員想知道多巴胺楔形神經(jīng)元是否也抑制了糖的渴望。

      研究人員利用基因工程雄性果蠅和沉默的多巴胺楔神經(jīng)元,剝奪了高蛋白酵母的蒼蠅,然后測(cè)量了他們吃了多少糖和酵母。與食物偏好神經(jīng)元未被沉默的那些相比,這些蒼蠅的平均每飛蠅糖含量是其兩倍。

      當(dāng)科學(xué)家通過(guò)遺傳工程改造多巴胺楔形神經(jīng)元以指揮時(shí),糖消耗量降至正常水平,而蛋白質(zhì)消耗量增加。

      吳說(shuō),果蠅中有四種多巴胺受體,研究人員認(rèn)為其中一種可能參與控制食物偏好。他們研究了四種果蠅品系中每一種都缺少這些受體的食物偏好(酵母與糖)。

      當(dāng)給予單一食物選擇時(shí),那些沒(méi)有DopR2的果蠅吃了大約一半的酵母,那些沒(méi)有DopR1的果蠅吃了兩倍的糖。

      吳的團(tuán)隊(duì)還在蛋白質(zhì)剝奪后尋找多巴胺楔形神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)變化。他們用一種綠色熒光蛋白標(biāo)記了一個(gè)額外的蛋白質(zhì),這種蛋白質(zhì)懸掛在神經(jīng)元的邊緣,在它向突觸的其他神經(jīng)元發(fā)送信號(hào)的地方。

      在正常送進(jìn)水果蠅,多巴胺楔神經(jīng)元有兩個(gè)分支伸出。但是在蒼蠅被剝奪了高蛋白酵母之后,他們看到其中一個(gè)樹枝的大小增加,并且在蒼蠅開始食用蛋白質(zhì)后這種尺寸的增加持續(xù)數(shù)小時(shí)。

      “我們發(fā)現(xiàn)這些食物偏好神經(jīng)元中的每一個(gè)都有兩個(gè)分支,一個(gè)控制蛋白質(zhì)攝食,另一個(gè)控制攝食,”吳說(shuō)。

      “通常蒼蠅需要糖作為卡路里的快速來(lái)源,因此他們的神經(jīng)元繞過(guò)蛋白質(zhì)回路,”吳說(shuō)。蛋白質(zhì)被剝奪后,他們繞過(guò)糖循環(huán),使他們尋找蛋白質(zhì)。“一旦你通過(guò)喂酵母來(lái)緩解蛋白質(zhì)方面的壓力,蒼蠅可以再次吃糖,但它們?nèi)匀粚?duì)蛋白質(zhì)有強(qiáng)烈的渴望,因?yàn)樗枰獣r(shí)間讓蒼蠅補(bǔ)充其蛋白質(zhì)儲(chǔ)存并且它的神經(jīng)元分支能夠回歸到他們?cè)瓉?lái)的狀態(tài),“他補(bǔ)充道。

      吳說(shuō),他接下來(lái)的步驟將是了解導(dǎo)致饑餓環(huán)路中的神經(jīng)元發(fā)射所涉及的化學(xué)分子,因此他們可以在像小鼠或大鼠這樣的哺乳動(dòng)物中尋找類似的分子。

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