【Science新知】食欲调控，你不是一个人在战斗！

自古有言：“民以食为天”，由此可见“吃”的重要性。

记者们为了人们吃得安全铤而走险揭发“地沟油”、“皮鞋胶囊”等有毒食品。每逢新春佳节，中央领导更是亲自出马到市场问价，保证人们的基本生存权利——“吃”。甚至，斩获“诺奖”的作家莫言也坦言，写作的初衷是为了填饱肚子。

对于“吃”的神经机制，大量研究表明，下丘脑弓状核是我们“饥饿感”的核心脑区，其中AgRP神经元、TH神经元、POMC神经元均参与进食行为[1, 2]。但是，“吃”只有一个核心脑区吗？

下丘脑弓状核调控进食行为

在下丘脑深部，还有另一个小小的脑区，叫结节核（Tuberal nucleus, TN）。科研学者在人类和哺乳动物中对这个脑区已展开大量研究，但在啮齿类动物中鲜有探索。过去的研究发现，患者深部下丘脑损毁会导致厌食症，而结节核功能紊乱也会诱发瘦骨嶙峋恶病质，表明结节核可能与进食行为相关。

恶病质患者（图右）

2018年07月06日，《Science》杂志刊登了新加坡生物成像研究院Yu Fu教授的最新重要工作[3]，他们发现结节核中生长激素抑制素（Somatostatin, SST）神经元在进食行为中起重要作用，这些神经元投射到室旁核（PVN）与终纹床核（BNST）以调控进食。本篇工作首次发现结节核在饥饿环路中的功能，进一步揭示了食欲调节的神经机制。

Yu Fu教授

结果

1.饥饿处理小鼠激活^TNSST神经元

在人类大脑中，结节核（TN）毗邻外侧下丘脑（LH）与结节乳头核（TMN），以大量表达SST为标志，于是作者在小鼠中对结节核脑区SST神经元（^TNSST）展开研究。他们将SST-Cre小鼠与Ai14报告鼠杂交，其子代的SST神经元均会表达红色荧光蛋白，借此，我们可看到SST神经元在下丘脑中的分布。

作者发现，SST神经元在弓状核（Arc）和TN中大量存在（图1A）。免疫组化结果表明，在Arc中SST神经元与AgRP、TH、POMC神经元共标极少（图1B），在TN附近，SST神经元与^LHMCH、^LHOrx、^TMNHDC神经元无共标（图1C），以上这些神经元均调节进食行为或代谢过程[4, 5]。

接下来，作者过夜禁食或者用腹腔注射饥饿素处理小鼠，发现^TNSST神经元中c-fos表达水平显著提高。膜片钳电生理实验中，加入饥饿素后^TNSST神经元释放频率显著增加，表明^TNSST神经元被饥饿感所激活。

图1 饥饿处理小鼠激活^TNSST神经元

2.^TNSST神经元调控进食行为

了解^TNSST神经元被饥饿状态激活之后，为研究^TNSST神经元在进食行为中的充分性与必要性，作者在SST-Cre小鼠的TN中注射AAV-DIO-hM3D或AAV-DIO-KORD，发现药物激活^TNSST神经元诱发小鼠进食行为，表现在进食量、进食持续时间、每次啃咬食物时间和进食频率；而药物抑制^TNSST神经元后小鼠进食行为明显减少。作者还通过光遗传学方法激活、抑制^TNSST神经元，得到相同结论（图2A-N）。

为研究^TNSST神经元功能的长期效应，作者在SST-Cre小鼠的TN中注射AAV-flex-taCasp3以诱导^TNSST神经元凋亡，10周后，发现小鼠体重增长缓慢（图2O）。

过去的研究表明，奖赏与厌恶均可能诱发进食行为。为探究^TNSST神经元的喜恶效应，作者使用条件位置偏好（CPP）行为学范式，发现药物激活^TNSST神经元会诱发小鼠偏好性行为（图2P）。

图2 ^TNSST神经元调控进食行为

3.^TNSST神经元通过PVN和BNST调节进食行为

在了解^TNSST神经元在进食行为中的充要性之后，作者就其下游脑区展开探索。他们在SST-Cre小鼠TN中注射AAV-FLEX-GFP以示踪这些神经元，发现其主要下游脑区为PVN、BNST、CeA、PAG、PVT与PBN，其中同一群神经元会投射到多个脑区（至少2个），与^ArcAgRP的“一对一”投射方式不同[6]（图3A-E）。

为探究哪条环路调控进食行为，作者在SST-Cre小鼠TN中注射AAV-DIO-ChR2，分别在PVN、BNST、CeA、PAG中埋植光纤，发现光激活^TNSST-PVN、^TNSST-BNST环路可诱发进食行为，而光激活其它环路无影响（图3F-I）。

图3 ^TNSST神经元通过PVN和BNST调节进食行为

4.^TNSST神经元主要为GABA能神经元

在了解^TNSST神经元功能与下游脑区后，作者就其本身细胞类型展开研究。通过原位杂交与免疫组化实验，他们发现^TNSST神经元主要为γ-氨基丁酸（GABA）能神经元，而与谷氨酸能神经元无交集（图4A-D）。

为研究^TNSST神经元对下游的抑制性效应参与进食行为，作者在SST-Cre小鼠TN中注射AAV-DIO-hM3D，并在PVN中埋管注入CNO与GABA_A受体拮抗剂荷包牡丹碱。他们发现化学激活^TNSST-PVN环路会诱发进食行为，但同时阻断其GABA受体则会大幅降低此诱发效应（图4E），与^ArcAgRP神经元调控机制相似[7]，表明^TNSST神经元通过对下游脑区的抑制性投射来调节进食行为。

图4 ^TNSST神经元主要为GABA能神经元

总结

民以食为天，“吃”是人类与其他动物赖以生存的功能。过去的研究表明Arc中AgRP神经元为饥饿环路的核心。本文结合化学遗传学、光遗传学、电生理、行为学等方法，首次发现饥饿环路的另一核心——^TNSST神经元，激活^TNSST神经元可诱发进食行为，抑制或杀死^TNSST神经元会减少进食行为从而阻滞体重的增加。此外，^TNSST神经元主要通过下游PVN与BNST脑区调控进食行为。本文揭示了进食行为的新神经机制，极大提高了我们在饥饿、进食领域的认知，让我们更了解自己为什么想“吃”！

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·参考文献·

1.Gropp, E., et al., Agouti-related peptide-expressing neurons are mandatory for feeding. Nat Neurosci, 2005. 8(10): p. 1289-91.
2.Zhang, X. and A.N. van den Pol, Hypothalamic arcuate nucleus tyrosine hydroxylase neurons play orexigenic role in energy homeostasis. Nat Neurosci, 2016. 19(10): p. 1341-7.
3.Luo, S.X., et al., Regulation of feeding by somatostatin neurons in the tuberal nucleus. Science, 2018.361(6397): p. 76-81.
4.Whiddon, B.B. and R.D. Palmiter, Ablation of neurons expressing melanin-concentrating hormone (MCH) in adult mice improves glucose tolerance independent of MCH signaling. J Neurosci, 2013. 33(5): p. 2009-16.
5.Haas, H. and P. Panula, The role of histamine and the tuberomamillary nucleus in the nervous system. Nat Rev Neurosci, 2003. 4(2): p. 121-30.
6.Betley, J.N., et al., Parallel, redundant circuit organization for homeostatic control of feeding behavior. Cell, 2013. 155(6): p. 1337-50.
7.Garfield, A.S., et al., A neural basis for melanocortin-4 receptor-regulated appetite. Nat Neurosci, 2015. 18(6): p. 863-71.