正所谓“人生在世,吃喝二字”,但是你有没有想过:我们为什么饿了就知道要吃东西吗?为什么渴了就要喝水呢?吃喝之间有什么重要的联系吗?
饿和渴是人类最原始的驱动力,它使得人们有觅食的、饮水的需求,随着科学的发展,这些基本行为的分子及神经机制逐渐被揭示。美国哈佛医学院的研究人员在《神经元》(Neuron)杂志上发文证实突触可塑性是生物体产生饥饿和摄食行为的基础。人体会通过一种称为AgRP的神经元改变结构不断激活自身,促使其更迅速地对促进饥饿的神经刺激产生反应,驱动产生进食欲望。而关于渴,在我们的大脑里有一个特殊的“渴感回路”(thirst circuit),食物可以在很短时间内激活这个回路,而口腔温度降低则可以关闭这一回路。但吃与喝之间存在什么相互关系却是个通俗而未解的问题。
一个生命的健康水平,归根结底,是机体内部达成的一种相对平衡的能力,为了保持一种平衡态,动物总是能基于体内的代谢水平而调节外界的营养摄入。即便是有很大区别的物种,不管是人类还是昆虫都会有着诸如饿了会找吃的,渴了会喝水等相似的行为,这提示着吃喝之间如何调节可能存在着一种保守的调控机制。
机体内环境平衡的调节的一个重要的条件是能够感知体内的环境水平,这样才能在能力缺乏的时候去诱发摄食行为,在能量充足的时候不去过度摄食,从而维持一个相对平衡的状态。在哺乳动物中,一个主要的内部营养感受器是下丘脑,位于大脑腹面、丘脑的下方,是调节内脏活动和内分泌活动的较高级神经中枢所在,感受着营养素平水以调节相应的行为改变。下丘脑内存在着不同的感受器,下丘脑外侧区存在摄食中枢,而腹内侧核存在所谓饱中枢,这些神经元对血糖敏感,直接感受全身血糖水平,调节摄食活动。下丘脑还存在能感受一些代谢激素,如胰岛素、胰高血糖素等反应机体代谢情况的感受器,也能调节吃的行为。除此之外,下丘脑内还存在着渗透压感受器,它能感受血液的晶体渗透压变化来调节抗利尿激素的分泌,从而平衡水的摄取。众多的感受器接受不同来源的信号,大脑是如何整合这些信息,最终发出协调的行动反应,这仍然是悬而未决的。
美国斯坦福大学神经生物学家通过对果蝇独立的行为学筛查发现了同样的四个神经元参与调控吃喝的问题。这些神经元位于果蝇的食管下区域(SEZ),是果蝇脑中重要的摄食调节内感受器,被命名为ISNs。
借助遗传学工具,他们在果蝇上表达相应的蛋白和离子通道,通过对果蝇饮水和摄糖行为来评估吃喝反应,同时利用钙荧光指示剂(GCaMP5/6)结合钙成像来反应ISNs的活化情况。最终研究人员证明ISNs能够感受脂动激素(AKH) 变化来评估机体内部营养剥夺的情况,同时也是这些神经元群能够监测到细胞外渗透压的变化来知晓体内水分饱和情况,通过对这两方面信息的整合来调和吃喝行为。ISNs的激活与失活反相调节摄食和饮水,即激活ISNs机体摄食而限制饮水,失活ISNs机体饮水而不摄食。人体这个精密的系统中,运用这一小群神经元,评估人体内部的能量水平和水含量,高效而均衡人体的吃喝行为(如下图所示)。
由此可见,大脑里的神经元不仅仅是一个感受器,它们还是一个巧妙的平台,将内部刺激有效整理最终协调合适的外部行为。深入理解吃喝行为的精确机制,可以有效的控制人类的良性需求和行为,使机体处于一种健康的平衡状态。
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