糖或蛋白质？水果飞脑如何控制他们选择吃什么

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且非常小的脑细胞 - 称为多巴胺楔形神经元 - 负责驱使昆虫的食物偏好，而不是他们所喜欢的。

他们报告说，当研究人员在饮食中剥夺了蛋白质时，这些神经元释放了一种化学信号（多巴胺），它们似乎引导了苍蝇渴望其主要蛋白质来源 - 酵母 - 超越了他们自然寻求糖的倾向。

在实验中，在5月5日在线发表的摘要科学，研究人员说，他们的发现可能会推动搜索类似的过程在哺乳动物（包括人类），这可能会导致更好地了解饥饿，渴望，并最终体重增加肥胖。

约翰霍普金斯大学的研究人员说，尽管实验者已经在果蝇和哺乳动物中发现了传感器和激素，可以控制我们消耗多少卡路里，但他们认为这是第一次在任何动物中鉴定出蛋白质特异性的饥饿机制。

 “我们表明，在果蝇大脑中形成电路的只有几个神经元采用了学习和记忆的过程来控制持续的，积极的行为，这种情况下的食物偏好，” Mark Wu博士说。，约翰霍普金斯大学医学院神经病学副教授。吴先生的研究团队去年发现，果蝇飞行时间越长，果蝇飞行脑中就会发现类似的电路。

在搜索控制饮食行为的神经元时，研究人员最近使用了最近配合的雌性，倾向于饲养较高的蛋白质来加载其卵中的营养。他们通过不同的果蝇线进行搜索，每条线都使用遗传工具进行设计，该遗传工具阻止大脑中的某些不同组的神经元发射。他们测试了每一行的雌性，不再喜欢在交配后吃高蛋白酵母。为了测量苍蝇吃多少高蛋白酵母，他们将染料放入酵母食物来源中，然后研磨苍蝇，并使用检测染料摄入量的仪器。

最初，吴的团队发现了一套控制蛋白质偏爱的多巴胺神经元。但是，随着他们继续分析神经元，他们说他们能够将食物偏好信号分配给被称为楔形区域的昆虫的大脑两侧的两个神经元，因为它们的形状，导致它们称之为食物偏好细胞多巴胺楔神经元。

研究人员然后使用微小的电极来测量这些神经元在其饮食中被剥夺富含蛋白质的酵母的果蝇中的电火焰（信号）行为。蛋白质缺失8天后，他们的多巴胺楔形神经元比正常蛋白质饮食中的果蝇发射快4倍。

在自然界中，在蛋白质剥夺之后，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提升的水果糖，所以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。

研究人员利用遗传工程化的雄性果蝇与沉默的多巴胺楔形神经元，剥夺了高蛋白酵母的苍蝇，然后测定了他们吃多少糖和酵母。与那些食物偏好神经元没有沉默的那些相比，这些苍蝇平均吃了大约两倍的白糖。

当科学家遗传工程化多巴胺楔形神经元开火时，糖消耗量下降到正常水平，蛋白质消耗量增加。

吴说，果蝇有四种多巴胺受体，研究人员认为其中之一可能涉及控制食物偏好。他们研究了四种果蝇系中每一种的食物偏好（酵母与糖类），这些果蝇被遗忘在每种受体上。

当给予单一食物选择时，没有DopR2的那些苍蝇吃了大约一半的酵母，而没有DopR1的那些苍蝇吃了糖的两倍。

吴氏的小组还在蛋白质剥夺后也搜索了多巴胺楔神经元的结构变化。他们在蛋白质标记的另外一个蛋白标记的绿色荧光蛋白悬挂在神经元的边缘，在它发送信号的地方，其他神经元 - 在突触。

在正常饲养的果蝇中，多巴胺楔形神经元有两个分枝伸出。但是，在苍蝇被剥夺了高蛋白酵母后，他们发现这些枝条中的一个大小增加，并且在苍蝇开始吃蛋白质后，这种大小的增加持续了数小时。

“我们发现，这些食物偏好神经元都有两个分支，一个控制蛋白质喂养和另一个糖喂养。”

“通常，苍蝇需要糖作为快速的卡路里来源飞行，所以他们的神经元绕过蛋白质电路，”吴说。蛋白质剥夺后，他们绕过糖路，使他们寻求蛋白质。“一旦通过喂食酵母来减轻蛋白质的压力，苍蝇可以再次吃糖，但是它们仍然对蛋白质有很强烈的渴望，因为飞行需要时间才能补充蛋白质储备，并且它的神经元分支返回到他们原来的状态，“他补充道。

吴先生说，他的下一步将是了解导致饥饿电路中的神经元引起的化学分子发火，因此可以在哺乳动物如小鼠或大鼠中寻找类似的分子。

本研究的其他作者包括：刘丽丽，Masashi Tabuchi，Sha Liu，Lay Kodama，Wakako Horiuchi，Jay Daniels，Lucinda Chiu和Johns Hopkins Medicine的Daniel Baldoni。           

该研究的资金来自国家神经系统疾病研究所和中风研究所（NS05027，R01 NS079584和R21 NS088521），日本科学促进会奖学金和医学科学家Burroughs-Wellcome职业奖。

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