我们的大脑甚至在我们吃第一口食物之前就开始为即将到来的餐食做准备。
例如，炉子上炖煮食物的香气可以触发大脑向胰腺发送信号，随后胰腺将胰岛素释放到血液中。一项新的《自然代谢》研究揭示了一组关键神经元如何帮助调节这一过程。
下丘脑是大脑中通过不同神经元群调节食欲的部分，包括控制饱腹感的阿片促黑素细胞皮质素原(POMC)神经元。新兴研究发现，这些神经元不仅在进食时被激活，还在预期食物到来时被激活。然而，驱动这一过程的分子因素一直不明确。
现在，研究人员发现这种预期性激活是由POMC神经元中的糖原储备所驱动的。糖原是我们储存能量的主要方式——当身体需要燃料时，可以将其分解为葡萄糖。研究人员表示，研究驱动饥饿和饱腹感的神经回路可以帮助科学家更好地了解如何治疗肥胖等代谢性疾病。
"肥胖是大脑层面进食回路的失调——它更多是一种大脑疾病，而不是身体疾病，"细胞与分子生理学助理教授、该研究的共同首席研究员马克·施尼伯格·帕尼博士说道。"了解这些神经元在生理学中的功能是能够正确靶向治疗肥胖的基本第一步。"
糖原为POMC神经元提供动力
为了研究食物的感官感知如何激活POMC神经元，研究人员通过金属丝网向小鼠呈现食物，使动物能够看到和闻到食物，但不能食用。然后，研究团队观察了食物呈现后哪些分子特征在神经元中被激活。
他们发现，食物暴露会激活糖原合成酶，这是一种合成糖原的分子机制。
"这是第一个让我们思考糖原——葡萄糖如何储存能量——是负责这种感官反应的分子特征之一，"施尼伯格·帕尼说道。
研究人员想要了解糖原在这些神经元中的作用。因此，他们设计了缺乏POMC神经元中糖原合成酶的小鼠模型。
当科学家向这些小鼠展示食物时，他们发现这些小鼠的反应不如正常小鼠强烈。它们更少接近食物而非非食用物品，在进食上花费的时间更少，并且无法在进食前产生胰岛素。
为了确保是缺乏糖原导致了这些影响，而不是突变小鼠的发育问题，研究人员还向正常成年小鼠注射了能去除糖原合成酶的病毒。这些小鼠对食物的视觉和气味同样反应迟钝。
"肥胖是大脑层面进食回路的失调——它更多是一种大脑疾病，而不是身体疾病。"
马克·施尼伯格·帕尼博士，细胞与分子生理学助理教授
"我们的研究确定了一种以前未知的驱动食物感知的分子机制，揭示了神经糖原为大脑对食物的预期反应提供动力，"领导August Pi i Sunyer生物医学研究所神经代谢控制实验室、该研究的共同首席研究员马克·克拉雷特博士说道。
研究团队还探索了食物的哪些感官成分驱动神经元的激活。他们发现POMC神经元与大脑中处理嗅觉的部分相连，但不与处理视觉的部分相连。
这些发现挑战了关于大脑生理学的先前观点。科学家们一直认为大脑中的糖原主要存在于星形胶质细胞中，这些细胞作为支持细胞为神经元提供营养。该研究表明，糖原可能在大脑中扮演比以前认为更广泛的角色。
为肥胖治疗开辟途径
研究人员还评估了POMC处理受损的后果。
"食物的这种感官方面为生物体即将到来的变化做好准备，"施尼伯格·帕尼说道。
例如，胰岛素的分泌为身体准备了由即将到来的食物引起的葡萄糖水平变化。"失调将损害系统对食物做出适当反应的能力。"
研究团队将缺乏糖原合成酶的小鼠与它们典型的对应小鼠进行了比较。随着时间推移，突变小鼠表现出显著降低的代谢健康——它们变得肥胖并出现了前糖尿病的迹象。
肥胖已成为一场巨大的全球健康危机，但新型抗肥胖药物的出现已成为遏制这一流行病的有力工具。这些药物，包括胰高血糖素样肽-1(GLP-1)受体激动剂，通过靶向驱动饱腹感的回路发挥作用。对食欲潜在神经回路的更好理解可以为未来的药物开发提供进一步的见解。
"这些发现表明，大脑预期食物的能力缺陷可能促成肥胖和糖尿病，为这些疾病开辟了新的治疗途径，"克拉雷特说道。
伊莎贝拉·巴克曼是耶鲁医学院的高级科学作家/编辑。本故事是与耶鲁医学院合作发布的。本文报道的研究得到了美国国立卫生研究院(资助编号5R00DK1208689、P30DK045735、U54AG079759和P30AG066508-01)和耶鲁大学的支持。本文内容完全由作者负责，不一定代表美国国立卫生研究院的官方观点。其他支持来自McCluskey家族、E. Matilda Ziegler基金会和星际倡议，以及Prader-Willi研究基金会。
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