2021年07月14日发布 | 1568阅读

干饭人研究了科学的减肥之道

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文 | Corrine、羽芥蕨、Aaron





“There is no sincerer love than the love of food.” ——George Bernard Shaw


BK是一位科研人,兼职干饭人。PP是一位非科研人,也兼职干饭人。以下是两位干饭达人的茶余闲谈。事关干饭大计,且听之。


PP

俗话说得好,“三分练,七分吃”。无论是减肥,还是纯粹为了自己的身体健康,“吃”都是一个永远绕不开的话题。在全面进入小康社会之后,“吃不饱”已成过去式,随之而来的却是“吃太多”的问题——我单知道吃多的时候吸收的热量没处消耗,会到脂肪里来,却不知道自己是如何吃多的。你知道吗?


BK

我们在小学二年级的时候就学过:除了“吃不吃”、“吃什么”,“吃多少”这一决策既受到能量稳态需求驱动,也会受到奖赏因素的调控,如食物的色香味、可选范围,以及选择后需要承担的风险等。


PP

也就是说,你吃太多有可能是因为饿,也有可能是因为馋。


BK

大脑中腹侧基底核的输出核团——伏隔核外壳部(nucleus accumbens shell, NAcSh)和腹侧苍白球(ventral pallidum, VP)对于奖赏调控至关重要,但这些核团间的信息处理通路如何协调奖赏评估和消耗的机制尚不明确。目前,我们已经知道,抑制NAcSh神经元的激活可有效促进奖赏消耗(reward consumption),但是这种抑制从何而来正待探明。


PP

那么,翻译成人话就是,我们早已知道你脑子里有两个坏家伙叫做张三和李四,他俩经常凑在一起嘀嘀咕咕琢磨着怎么让你吃多点。但是我们不知道他们在嘀咕些什么。


BK

(BK疯狂点头中,并继续说)2021年1月25日,美国华盛顿大学医学院Meaghan C. Creed课题组于Nature Neuroscience发表了论文:Ventral arkypallidal neurons inhibit accumbal firing to promote reward consumption。该研究利用奖赏消耗相关行为学范式,结合在体多通道记录、病毒示踪、光遗传、钙成像等技术手段,解析了VP的arkypallidal (vArky)亚群神经元投射至NAcSh的新环路:VP的这一亚群神经元通过直接抑制伏隔核外壳部(NAcSh)神经元的发放来延长奖赏消耗(reward consumption,表现为舔食lick行为)时长以促进消耗,且该群神经元的放电活动(即动作电位发放,可通过钙活动间接反映)的强弱能量化或可取决于食物的好吃程度。


PP

这听着是个好消息,我们可以通过偷听他们的谈话知道他们在嘀咕什么了。


BK

论文作者首先想要验证,抑制NAcSh神经元是否真的可以促进奖赏饮食。也就是,小鼠真的会因为NAcSh神经元活动被抑制,就吃得更多吗?研究人员通过在体多通道记录发现,小鼠舔食(即伸舌头舔水瓶口)过程中有三分之一以上的NAcSh神经元发放受到抑制。而后利用闭环光遗传抑制(Closed-loop optogenetic inhibition)方法,即,一旦小鼠舔食,便会触发针对NAcSh神经元的光遗传抑制(利用光敏感蛋白Arch3.0来实现神经活性调节,当它被特定波长的光照射时,可抑制神经元放电活动),作者发现,舔食的总时间和每次舔食的平均时长将增加,但舔食次数不发生改变。说明这种抑制只延长消耗过程(对应“喜欢liking”,吃得开心而停不下来)而不引发消耗的起始(对应“想要wanting”)。那么生理行为过程中这些神经元的抑制从何而来?“多吃点!”的指令到底是谁告诉NAcSh神经元的?


PP

也就是说,我们通过对张三进行刑讯逼供成功套出了他的作案手段,但是不知道张三的作案动机。


BK

根据在动机和奖赏值编码中发挥作用的VP神经元活动早于NAc的现象,研究人员猜想,在经典信息通路中作为NAc下游输出端的VP或许是NAcSh的主要抑制来源。结合逆向示踪、荧光原位杂交、离体膜片钳记录、药理学实验、在体光遗传和电极阵列记录等多手段的实验结果表明,投射至NAcSh的VP区GABA能神经元的激活可通过单突触来直接抑制大多数NAcSh神经元。这样的情况令人不禁想起从外侧苍白球(GPe)投回纹状体(CPu)的Arky神经元(来自古希腊语“ἄρκυς [arkys]”,意为“hunter's net猎网”,详见拓展阅读)。看来VP也存在有这样一群Arky神经元,或许就是它们在NAcSh幕后操纵着我们吃多吃少。


PP

现在我们知道张三的作案动机了,原来是受到李四的唆使,李四才是罪魁祸首。


BK

为了进一步确定这条投射环路在奖赏消耗中的作用,研究者运用闭环光遗传刺激(closed-loop stimulation)来激活或抑制投射至NAcSh处的vArky神经元轴突,即当检测到小鼠消耗行为时便开始给予光照刺激,观察到总消耗时长和每一回合平均消耗时长均有所延长,而消耗次数不变,见图(1)。说明VP的vArky神经元并没有影响到奖励动机相关行为,即 “吃不吃”美食这样的原则性问题,而是另辟蹊径,延长了享受美食的时间。


图(1)

左一,在小鼠VP注射病毒使此处神经元表达ChR2-eYFP,并将光纤置于NAcsh。一旦小鼠开始舔,将触发蓝光刺激(20 Hz),观察到闭环给予光刺激显著增加了喝水总时长(左二)和平均喝水时长(右一),但未改变喝水次数(右二)。


PP

啊,原来李四也不是罪魁祸首,只是个投机分子,就像咱班上最喜欢起哄的那个人。


BK

最后,这条通路面临的最后一个问题终于展现在了我们眼前。即,好吃要不要大口大口地多吃的问题。这次研究人员利用双瓶选择任务(two-bottle choice task)和嗅探测试(self-stimulation task,nose poke),结合在体光纤记录(fiber photometry)发现,反映vArky神经元活动的钙信号强度与每次消耗持续时长(bout time length)呈正相关,且与奖励物可能会引发的动机是否强烈(reward palatability)正相关,但与是否寻求奖励(reward seeking)无关,见图(2-4)。即是说,面对原则性的“吃不吃”或“吃什么”的问题,vArky神经通路并不能唠叨什么,但是面对好吃的食物,vArky神经元会强烈推荐:好吃你就多吃点。


图(2)

小鼠面前有两瓶同样美味的巧克力牛奶,当小鼠喝其中一瓶时,脑中NAcsh处的VP神经元轴突将被蓝光激活,对 NAcsh神经元活动进行抑制。观察到表达ChR2-eYFP的小鼠更偏好与蓝光刺激对应的那一瓶牛奶,而且这种偏好性会随实验时长增长而增强。


图(3)、(4)

(3)分别给予小鼠糖水(sucrose,绿)、正常水(water,蓝)、苦水(quinine,红),VP神经元钙信号强度依次减弱;当小鼠拒绝舔苦水(浅红)时,钙信号没有增强。(4)左:当检测到小鼠鼻子探入其中一侧洞口(active poke)时,脑中NAcsh处的VP神经元轴突将被蓝光激活,对 NAcsh神经元活动进行抑制。右:没有观察到小鼠对蓝光对应洞口嗅探比例发生显著变化。


PP

看来,李四并不坏,他只是个单纯的孩子。


BK

总的来说,这份研究确立了vArky神经元激活对NAcSh活动的抑制在促进奖赏消耗过程中的关键作用。也就是说,当你吃到觉得好吃的食物,VP区的vArky神经元就会狂发信号,抑制NAcSh神经元的活动,从而让我们“多吃点”。


PP

原来,真相只有一个,罪魁祸首竟是我自己(买的炸鸡)。综上所述,不难得出减肥成功只有一条路:别吃好吃的……


两人相视一笑,聊崩了……



原文链接

Vachez, Y.M., Tooley, J.R., Abiraman, K. et al. Ventral arkypallidal neurons inhibit accumbal firing to promote reward consumption. Nat Neurosci 24, 379–390 (2021). https://doi.org/10.1038/s41593-020-00772-7

拓展阅读

1. Mallet, N. et al. Dichotomous organization of the external globus pallidus. Neuron 74, 1075–1086 (2012).

https://doi.org/10.1016/j.neuron.2012.04.027.

2. Mallet, N. et al. Arkypallidal cells send a stop signal to striatum. Neuron 89, 308–316 (2016).

https://doi.org/10.1016/j.neuron.2015.12.017.


复旦大学脑科学转化研究院

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