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Nature:饥饿感如何增强小鼠对食物的学习能力?

2021-07-20 00:31:38生物谷
核心提示:研究人员就利用其所开发的工程化小鼠模型进行研究揭示了控制机体饥饿感,行为和学习能力的神经元细胞之间复杂的互作关系。

2021年7月17日 讯 /生物谷BIOON/ --表达刺鼠相关肽(agouti-related peptide,AgRP)的神经元能被禁食所激活,而禁食会导致饥饿,饥饿会促使机体寻求和消耗食物;禁食会使AgRP神经元的活性在三个不同的时间尺度上恢复到基线,快速而短暂地随着食物线索进行感官检测,且缓慢而持久地对肠道中的营养物质响应,甚至更为缓慢而永久性地恢复能量平衡。在过去10年里,美国马萨诸塞州波士顿贝斯以色列女执事医疗中心的科学家们一直在大脑深入寻找能引发机体饥饿的神经元细胞群,但确切地讲,这些细胞及其所引发的让人不愉快的饥饿感实际上会驱动动物寻找并摄食,但这一背后的分子机制科学家们却并不清楚。近日,发表在Nature杂志上题为“Food cue regulation of AGRP hunger neurons guides learning”的研究报告中,研究人员就利用其所开发的工程化小鼠模型进行研究揭示了控制机体饥饿感,行为和学习能力的神经元细胞之间复杂的互作关系。

医学博士Bradford B. Lowell说道,我们或许就能为解释这一问题提供线索和答案,即我们如何学习寻找并消耗食物,以及饥饿感如何增强机体以获取食物为导向的学习能力。随着更多工作的深入开展,研究者最终就能阐明诸如肥胖和神经性厌食症等饥饿障碍的问题所在。AgRP饥饿神经元是大脑下丘脑中存在的小规模神经元亚群,其主要负责在机体被剥夺食物后产生饥饿感,研究人员重点对该类神经元进行研究,并利用所开发的小鼠模型调查了神经元的活性,而这种特殊的小鼠模型也能帮助研究人员开启或关闭AgRP神经元,从而确定到底是什么激活或失活了这些神经元,并能帮助绘制出其与大脑中其它区域的关联。

研究者指出,利用这一模型我们就在一段时间前发现,这些神经元能被禁食快速开启,从而导致机体饥饿感,而且人为地将刚被喂饱的小鼠机体的神经元开启,否则其就不会进食,这就会导致大量的食物被小鼠吃掉,就好像其几天没有进食一样。此外,仅仅食物或有关线索的存在都会瞬间抑制神经元的活性,缓解令人不快的饥饿感;然而如果在短时间内没有摄入食物的话,神经元的活性就会反弹,并将饥饿感恢复至此前的水平。

本文研究中,研究人员通过将灯光与获得食物联系起来,训练工程化的小鼠识别食物线索,就好像训练狗将橱柜打开的声音与其获得饼干联系起来一样。由于遗传化小鼠的存在,因此科学家们就能观察到,不同程度的饥饿感和食物线索的存在到底是如何影响AgRP神经元活性的。正如研究者所料,他们观察到,禁食会激活AgRP神经元的活性,而环境中的食物线索则会通过大脑其它位置的神经元网络来抑制AgRP的活性;但值得注意的是,当研究人员阻断这一网络时,就会导致小鼠在学习与食物有关的感觉线索用于指导获取食物的任务时遇到较大困难。

因此,研究者指出,禁食或剥夺食物(被认为能激活AgRP神经元和饥饿感)会导致机体出现一种不愉快或厌恶的感觉,当环境中的食物线索抑制AgRP神经元的活性时,其也会抑制这种厌恶的感觉,而这反过来也会成为一种奖励措施从而增强机体的学习能力。似乎这些奖励性的与感觉线索相关的不愉悦的AgRP神经元活性的下降会将小鼠推向与获得食物相关的环境线索和任务;而口渴则能以同样地方式来发挥作用,尽管其是通过一组不同的神经元来实现的。

综上,本文研究结果表明,由食物特定回路所介导的AgRP神经元火星的下降会增加食物线索的激励显著性,从而促进机体对食物获取任务的学习能力。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Berrios, J., Li, C., Madara, J.C. et al. Food cue regulation of AGRP hunger neurons guides learning. Nature (2021). doi:10.1038/s41586-021-03729-3

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