【神經科學】「飢餓神經元」讓你食慾大發

科學家近日發現,腦中有控制食慾的神經元。此項發現可能有助於治療肥胖症。

編譯|柯宗佑

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以前認為,腦中的室旁核能帶來滿足感,但最近研究人員發現,室旁核裡頭的刺鼠肽神經元,反而會引起飢餓感。這項新發現,讓人們更了解神經網絡的運作模式,進而明白食慾產生的原因。

人類吃東西,為的是攝取營養,但我們之所以想吃東西,卻是受胃部的飢餓感驅使,才不得不動手翻冰箱,或四處找食物吃。雖說飢餓感是延續生命的必要因子,但要是太過旺盛,也會導致肥胖或飲食疾患。事實上,這類問題早已席捲全球了。

二十年來,任職於貝斯以色列狄肯尼斯醫療中心(Beth Israel Deaconess Medical Center)的神經內分泌學家布萊佛德.洛威爾(Bradford Lowell)試圖解開飢餓感如何受腦中的神經元控制,並勾勒出其影響路徑。透過老鼠實驗,他發現位於下視丘中的刺鼠肽(Agouti peptide, AgRP)神經元,會因為身體缺乏熱量而活躍起來。這些神經元無論是經過自然刺激或人為刺激,都會讓老鼠拼命覓食,接著吃個不停。

更精確的說,刺鼠肽神經元是位於室旁核(paraventricular nucleus)中。以前認為,室旁核的功能是帶來滿足感,但現在卻發現,其中的神經元反而會帶來食慾,讓我們產生覓食的念頭。這項驚人的發現,近日已經刊在《Nature》上了。

洛威爾表示,研究人員想知道大腦會怎麼控制飢餓感:「要是飢餓感異常旺盛,可能會導致肥胖症與飲食疾患。解決問題的第一步,就是了解相關生理如何運作,否則便無法對症下藥。」飢餓感的成因確實複雜,學界向來抱持諸多疑問,像是為何吃飽後或節食後,飢餓感會增加還是減少?大腦的酬賞機制和飢餓感的關聯究竟為何?吃完正餐後,為何只想吃冰淇淋,而不想吃生菜沙拉?

洛威爾指出,心理學家會以環境因子及體內因子的互動來解釋,也就是將食物與食物相關刺激因子(譬如麥當勞的招牌)是有關的,後者會透過酬賞機制刺激大腦,讓人產生飢餓感。就此看來,節食後會非常想找食物吃,但飽食後則食慾大減。但洛威爾也說,這種說法只能解釋表象,無法清晰描繪腦內的飢餓感神經生理機制。

為了解開謎題,研究團隊決定使用先進科技,試圖一步一步釐清身體在節食及飽食後的神經反應。他們使用的科技包括了狂犬病迴路分析(rabies circuit mapping) 及光敏感通道蛋白迴路分析(channelrhodopsin-assisted circuit mapping),這兩項技術能逐一檢視各個神經元,有助於得出精準分析。洛威爾表示:「有了這些科技,我們就能追蹤各個突觸及軸突的反應。這個概念看似簡單,卻是相當不容易跨出的一步。」

根據這份剛出爐的研究報告,研究團隊首先使用了狂犬病迴路分析,也就是將改造過的狂犬病病毒,注射進單一一種神經元,使其受到感染,而第一個接受測試的種類,即為刺鼠肽神經元。注入後,病毒會穿過突觸,並進一步標記出所有給予該神經元刺激的周邊神經元。接著,透過另一批體內富含cre重組酶(cre recombinase)的老鼠,研究人員得以描繪出相關神經網絡,以便進一步控制飢餓感神經元,由外部予其刺激或抑制。

洛威爾說,老鼠腦內有成千上萬個神經元,研究團隊的目標,便是找到哪個會提供刺鼠肽神經元刺激。研究結果頗令人意外:原來,只有下視丘背內側核(dorsal medial hypothalamus)及室旁核會參與刺激反應,其中,室旁核提供的刺激最強。

當研究結果出爐,新的動物模型便應運而生了。洛威爾表示,團隊猜測室旁核裡頭的神經元會與刺鼠肽神經元聯絡,並激發之:「我們養出腦內富含cre組合酶的老鼠,接著逐一分析室旁核內的各個神經元,了解各自的聯絡對象。」結果顯示,會釋放甲狀腺刺激素 (thyrotropin-releasing hormone, TRH) 及腦垂體腺苷酸環化酶激活肽(pituitary adenylate cylcase-activating polypeptide, PACAP)會形成溝通網絡。

最後,研究團隊再透過名為DREADD(Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drugs)的技術,將化學試劑注入參與溝通的神經元,以激發或抑制神經元的活動。團隊發現,已經飽食的老鼠,經過DREADD刺激後,便會繼續覓食,並且大吃大喝。相反的,餓了一段時間的老鼠,在神經元被抑制之後,進食量則非常小。洛威爾說,這種刺激刺鼠肽神經元,以引發飢餓感的方式,是空前的研究進展:「以往總認為室旁核的功能是帶來滿足感,但實驗證明,刺激裡頭的神經元反而會增加飢餓感。」他還指出,這項研究結果顯示,分析神經元溝通網絡是相當關鍵的技術,更重要的是,在深入瞭解飢餓感相關機制後,更有助於人們治療飲食疾患與肥胖症。

 

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研究出處:Surprising new clue to the roots of hunger, neurons that drive appetite

譯者:柯宗佑 科教中心特約寫手,從事科普文章編譯。
責任編輯:Kerina Huang

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