我们的大脑甚至在我们第一口食物之前就已经为即将到来的进餐做好了身体准备。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，进而将胰岛素释放到血液中。一项发表在《自然代谢》杂志上的新研究揭示了关键神经元群如何介导这一过程。
下丘脑是通过不同神经元群调节食欲的大脑区域，其中包括控制饱腹感的前阿黑皮素原(POMC)神经元。新兴研究发现，这些神经元不仅在进食时被激活，还会因预期食物而被激活。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，这种预期激活是由POMC神经元中的糖原"储备"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——它更像是大脑的疾病，而不是身体的疾病，"细胞和分子生理学助理教授、该研究共同首席研究员Marc Schneeberger Pane博士表示，"了解这些神经元在生理学中的功能是正确靶向治疗肥胖的基本第一步。"
糖原驱动POMC神经元
为了研究感官如何感知食物激活POMC神经元，研究人员通过金属丝网向小鼠展示食物，使动物能够看到和闻到食物，但不能食用。然后，研究小组观察了食物呈现后神经元中被激活的分子特征。
他们发现食物暴露激活了糖原合成酶，即合成糖原的分子机器。"这是第一个让我们思考糖原——葡萄糖储存能量的方式——是负责这种感官反应的分子特征之一的观察，"Schneeberger Pane表示。
研究人员想了解糖原在这些神经元中的作用。因此，他们设计了POMC神经元中缺乏糖原合成酶的小鼠模型。当科学家将这些小鼠暴露于食物时，发现它们的反应不如正常小鼠强烈。这些小鼠不太可能接近食物而非可食用物体，花更少时间进食，并且无法在进食前产生胰岛素。
为确保这是糖原缺乏导致的效应，而非突变小鼠的发育问题，研究人员还向正常成年小鼠注射了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不敏感。
"我们的研究确定了一种先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能量，"August Pi i Sunyer生物医学研究所代谢神经控制实验室负责人、该研究共同首席研究员Marc Claret博士表示。
研究小组还探索了驱动神经元激活的食物的哪些感官成分。他们发现POMC神经元与处理气味的大脑区域相连，但不与处理视觉的区域连接。
这些发现挑战了关于大脑生理学的先前信念。科学家一直认为大脑中的糖原主要存在于星形胶质细胞中，星形胶质细胞作为支持细胞为神经元提供营养。该研究表明，糖原在大脑中的作用可能比以前认为的更为广泛。
为肥胖治疗开辟新途径
研究人员还评估了受损POMC处理的后果。"食物的这种感官方面为生物体准备了即将到来的事情，"Schneeberger Pane表示。例如，胰岛素的分泌为身体准备了由摄入食物引起的葡萄糖水平变化。"失调将损害系统正确响应食物的能力。"
研究团队将缺乏糖原合成酶的小鼠与它们的正常同类进行了比较。随着时间推移，突变小鼠表现出显著降低的代谢健康——它们变得肥胖并发展出前糖尿病的迹象。
肥胖已成为全球重大健康危机，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神经回路发挥作用。更好地理解食欲背后的神经回路可以为未来药物开发提供进一步的见解。
"这些发现表明，大脑如何预期食物的缺陷可能有助于肥胖和糖尿病，为这些疾病开辟新的治疗途径，"Claret表示。
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