果蝇大脑如何控制他们选择吃的东西

使用果蝇，约翰霍普金斯大学的研究人员说，他们已经确定了一组特定的，非常小的脑细胞 - 被称为多巴胺楔形神经元 - 负责驱动昆虫的食物偏好，而不是他们喜欢的东西。

他们报告说，当调查人员在他们的饮食中剥夺了蛋白质的苍蝇时，这些神经元释放出一种化学信号(多巴胺)，似乎可以指导苍蝇渴望获得主要的蛋白质来源 - 酵母 - 超越他们寻找糖的天然趋势。

在5月5日在线发表在“科学”杂志上的实验总结中，研究人员表示他们的研究结果可以促进对哺乳动物(包括人类)类似过程的研究，这可能会更好地了解饥饿，渴望和最终的体重增加。肥胖。

虽然实验者已经确定果蝇和哺乳动物中的传感器和激素可以控制我们消耗多少卡路里，但约翰霍普金斯大学的研究人员表示，他们相信这是第一次在任何动物中发现了蛋白质特异性的饥饿机制。

“我们发现只有少数神经元在果蝇大脑中形成一个回路，采用学习和记忆中使用的过程来控制持续的，有动机的行为，在这种情况下是食物偏好，”马克吴博士，医学博士，副教授说。约翰霍普金斯大学医学院神经病学系。去年，吴的研究小组在果蝇大脑中发现了类似的电路，控制瞌睡，果蝇保持清醒的时间越长。

在寻找控制饮食行为的神经元时，研究人员使用了最近交配过的雌性动物，它们倾向于以较高的蛋白质来源为食，从而加载蛋中的营养物质。他们搜索了不同的果蝇线，每个果蝇都使用遗传工具进行设计，该工具阻止了大脑中某些不同的神经元群体被射击。他们对来自每一行的雌性进行了测试，以确定在交配后不再喜欢吃高蛋白酵母的雌性。为了测量苍蝇吃多少高蛋白酵母，他们在酵母食物来源中加入染料，然后将苍蝇碾碎并使用一种检测摄入染料量的仪器。

最初，吴的团队发现了一组控制蛋白质偏好的多巴胺神经元。但是当他们继续分析神经元时，他们说他们能够将食物偏好信号分配给昆虫大脑两侧的两个神经元，因为它的形状被称为楔形，导致它们称之为食物偏好细胞多巴胺楔形神经元。

然后研究人员使用微小的电极测量这些神经元在他们的饮食中缺乏富含蛋白质的酵母的果蝇中的电子发射(信号传导)行为。经过8天的蛋白质剥夺后，他们的多巴胺 - 楔形神经元的发射速度比正常蛋白质饮食中的果蝇快4倍。

在自然界中，在蛋白质被剥夺后，苍蝇倾向于寻找高蛋白酵母作为食物来源而不是他们通常喜欢的快速能量增加的果糖，因此研究人员想知道多巴胺楔形神经元是否也抑制了糖的渴望。

研究人员利用基因工程雄性果蝇和沉默的多巴胺楔神经元，剥夺了高蛋白酵母的苍蝇，然后测量了他们吃了多少糖和酵母。与食物偏好神经元未被沉默的那些相比，这些苍蝇的平均每飞蝇糖含量是其两倍。

当科学家通过遗传工程改造多巴胺楔形神经元以指挥时，糖消耗量降至正常水平，而蛋白质消耗量增加。

吴说，果蝇中有四种多巴胺受体，研究人员认为其中一种可能参与控制食物偏好。他们研究了四种果蝇品系中每一种都缺少这些受体的食物偏好(酵母与糖)。

当给予单一食物选择时，那些没有DopR2的果蝇吃了大约一半的酵母，那些没有DopR1的果蝇吃了两倍的糖。

吴的团队还在蛋白质剥夺后寻找多巴胺楔形神经元的结构变化。他们用一种绿色荧光蛋白标记了一个额外的蛋白质，这种蛋白质悬挂在神经元的边缘，在它向突触的其他神经元发送信号的地方。

在正常送进水果蝇，多巴胺楔神经元有两个分支伸出。但是在苍蝇被剥夺了高蛋白酵母之后，他们看到其中一个树枝的大小增加，并且在苍蝇开始食用蛋白质后这种尺寸的增加持续数小时。

“我们发现这些食物偏好神经元中的每一个都有两个分支，一个控制蛋白质摄食，另一个控制摄食，”吴说。

“通常苍蝇需要糖作为卡路里的快速来源，因此他们的神经元绕过蛋白质回路，”吴说。蛋白质被剥夺后，他们绕过糖循环，使他们寻找蛋白质。“一旦你通过喂酵母来缓解蛋白质方面的压力，苍蝇可以再次吃糖，但它们仍然对蛋白质有强烈的渴望，因为它需要时间让苍蝇补充其蛋白质储存并且它的神经元分支能够回归到他们原来的状态，“他补充道。

吴说，他接下来的步骤将是了解导致饥饿环路中的神经元发射所涉及的化学分子，因此他们可以在像小鼠或大鼠这样的哺乳动物中寻找类似的分子。

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