代糖騙得了舌頭味覺,卻騙不過腸-腦軸線 (gut-brain axis)

人們嘴上不說,身體卻很誠實,往往難以抵抗含糖飲料的誘惑。想喝有甜的飲料但又不想獲得熱量,使用零熱量的「代糖」是食品業裡常見的手段。然而,訴求健康的無糖可樂,並沒有像原本可樂那般受到消費者青睞。2020 年 4 月在國際知名期刊 Nature 發表的一項研究,對此行為現象提供了一種可能的科學解釋:代糖雖然能騙舌頭味覺,卻無法滿足大腦,原因是只有「真正的糖」才會啟動「腸-腦軸線 (gut-brain axis)」的神經迴路。

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文/楊朝傑

●代糖雖有甜味,但動物依然存在偏愛真糖的行為

大吃甜食或大口喝含糖飲料之後,不少人會擔憂發胖而罪惡感十足。能夠賦予食品甜味的代糖,也被稱為人工甜味劑,因為僅含有極低或甚至不含任何熱量,所以常常被添加到需要減少熱量的食物中。最近,由美國哥倫比亞大學 (Columbia University) 的神經科學家 Charles S. Zuker 教授所領導的團隊,對於大腦如何理解味覺有了新的進展,他們發現代糖雖然能騙過舌頭味蕾的甜味受體,但大腦裡得到的反饋效果卻不能完全地代替「真糖」。糖是所有動物的重要基本能量來源,大多數物種包括人類都已進化出專門的大腦迴路來感知糖類,接著來看看科學家們是怎麼透過實驗,剖析動物偏愛真糖的神經迴路。

第一個實驗是在小鼠的籠子裡,放了兩瓶分別添加了葡萄糖 (真糖) 和人工甜味劑 (此處使用 Acesulfame K) 的溶液,剛開始小鼠的行為表現出隨機選擇,然而經過 24 小時後,小鼠逐漸更偏愛於葡萄糖溶液。不僅如此,即使是將小鼠的味覺受體剔除 (knockout),小鼠舌頭上嚐不出甜味後,這種偏愛真糖的行為慣性依然存在。哪麼問題來了,為什麼動物們喜愛攝取真糖而非人工甜味劑,其中似乎有著無法抑制的驅動力?

●獨立於味覺系統之外,腸-腦軸線路徑只對真糖有反應

根據上述實驗結果,也暗示著在味覺系統之外,可能存在另一種獨立的糖類感知機制。因此,科學家進一步分析小鼠在喝水、真糖溶液、人工甜味劑溶液時,觀察及比較大腦的活動差異。科學家發現腦部中有一塊區域僅僅對真糖有反應,這個區域位在尾側孤束核 (caudal nucleus of the solitary tract, cNST),有趣的是它並不在小鼠處理味覺的腦區裡,而是藏在被視為最原始大腦構造的「腦幹」之內。

這裡又出現一個問題,身體吃進真糖的訊號是通過那條神經迴路來活化了 cNST 腦區?科學家將目光轉移到了連接腸道與腦部的「迷走神經」上,科學家開發了監測迷走神經及 cNST 實時活動反應的技術,並測試將真糖或人工甜味劑直接送進小鼠的腸道後,觀察這些神經細胞的活性如何變化。值得注意的發現是,這些神經元僅受到真糖的刺激,而對人工甜味劑無反應。本篇研究的作者 Alexander C. Sisti 也表示﹕「這是我們第一次發現,有一條從腸到腦,能感知糖類的直接路徑。」這條由「腸→迷走神經→腦」所形成的路徑,也就是腸-腦軸線 (gut-brain axis) 的神經迴路,而且與舌頭味蕾的甜味路徑無關。

●了解甜味及腸-腦軸線的雙路徑,有助於開發新的糖類替代品

知道了這條感知糖類的獨立路徑,科學家也試圖抑制此路徑,想從根本上減少動物偏愛真糖的本能衝動。科學家試著對實驗小鼠進行基因改造,使其腸-腦軸線的神經活動在基因層面上受到抑制,結果能成功阻止小鼠模型中對真糖偏好的行為。另一方面,科學家還發現腸道裡關鍵影響糖訊號的葡萄糖轉運蛋白,名稱為鈉-葡萄糖協同轉運體 (sodium–glucose-linked transporter-1, SGLT1),只要使用 SGLT1 阻斷劑 (blocker) 就可消除此葡萄糖依賴性的神經元反應。

這項研究讓我們理解到,原來動物對真糖的偏好行為,是名符其實的「口腹之慾」,味覺與腸道這兩個雙系統都驅動著吃糖的慾望,這項新發現或許會促進科學界,發展出更為有效的「戒糖」策略,幫助人們減少對糖之需求,或是打造出更接近真糖對大腦作用的替代品。

 

參考資料:

  1. Tan HE, et al. Nature. 2020 Apr;580(7804):511-516. The gut-brain axis mediates sugar preference.
  2. EurekAlert 15-APR-2020. How does sugar drive consumption? Scientists discover gut-brain sugar sensor in mice.
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