使用果蠅，約翰霍普金斯大學(xué)的研究人員說，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)動昆蟲的食物偏好，而不是他們喜歡的東西。

他們報告說，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，這些神經(jīng)元釋放出一種化學(xué)信號(多巴胺)，似乎可以指導(dǎo)蒼蠅渴望獲得主要的蛋白質(zhì)來源 - 酵母 - 超越他們尋找糖的天然趨勢。

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

雖然實驗者已經(jīng)確定果蠅和哺乳動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回路，采用學(xué)習(xí)和記憶中使用的過程來控制持續(xù)的，有動機(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。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，果蠅保持清醒的時間越長。

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

最初，吳的團(tuán)隊發(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，他們說他們能夠?qū)⑹澄锲眯盘柗峙浣o昆蟲大腦兩側(cè)的兩個神經(jīng)元，因為它的形狀被稱為楔形，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(信號傳導(dǎo))行為。經(jīng)過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)家通過遺傳工程改造多巴胺楔形神經(jīng)元以指揮時，糖消耗量降至正常水平，而蛋白質(zhì)消耗量增加。

吳說，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，那些沒有DopR2的果蠅吃了大約一半的酵母，那些沒有DopR1的果蠅吃了兩倍的糖。

吳的團(tuán)隊還在蛋白質(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)送信號的地方。

在正常送進(jìn)水果蠅，多巴胺楔神經(jīng)元有兩個分支伸出。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。

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

“通常蒼蠅需要糖作為卡路里的快速來源，因此他們的神經(jīng)元繞過蛋白質(zhì)回路，”吳說。蛋白質(zhì)被剝奪后，他們繞過糖循環(huán)，使他們尋找蛋白質(zhì)。“一旦你通過喂酵母來緩解蛋白質(zhì)方面的壓力，蒼蠅可以再次吃糖，但它們?nèi)匀粚Φ鞍踪|(zhì)有強(qiáng)烈的渴望，因為它需要時間讓蒼蠅補(bǔ)充其蛋白質(zhì)儲存并且它的神經(jīng)元分支能夠回歸到他們原來的狀態(tài)，“他補(bǔ)充道。

吳說，他接下來的步驟將是了解導(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物中尋找類似的分子。