突觸可塑性(Synaptic plasticity)在神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)中是指神經(jīng)細(xì)胞間的連接，即突觸，其連接強(qiáng)度可調(diào)節(jié)的特性。過去的研究證實突觸可塑性是構(gòu)成記憶和學(xué)習(xí)的重要神經(jīng)化學(xué)基礎(chǔ)。近日來自美國哈佛醫(yī)學(xué)院柏斯以色列狄肯尼斯醫(yī)學(xué)中心(Beth Israel Deaconess Medical Center, BIDMC)的研究人員組成的一個研究小組在新研究中證實突觸可塑性同樣是生物體產(chǎn)生饑餓和攝食行為的基礎(chǔ)。相關(guān)研究論文發(fā)表在2月9日的《神經(jīng)元》(Neuron)雜志上。
研究結(jié)果顯示在禁食期間，機(jī)體會通過一種稱為AgRP的神經(jīng)元改變結(jié)構(gòu)不斷激活自身，促使其更迅速地對促進(jìn)饑餓的神經(jīng)刺激產(chǎn)生反應(yīng)，驅(qū)動產(chǎn)生進(jìn)食欲望。
哈佛醫(yī)學(xué)院糖尿病與代謝及醫(yī)學(xué)系教授、內(nèi)分泌學(xué)部門研究人員、文章的資深作者Bradford Lowell 說：“長期以來，人們都未將突觸的可塑性與控制攝食行為的神經(jīng)回路起來。通過新發(fā)現(xiàn)我們才解開了人體產(chǎn)生饑餓的神經(jīng)學(xué)機(jī)制，對于影響體重和糖尿病的因素獲得了更深入的了解。”
柏斯以色列狄肯尼斯醫(yī)學(xué)中心神經(jīng)病學(xué)部主任Clifford Saper說：“對于大多數(shù)動物而言，尋覓足夠的食物維持生存是它們每天面臨的zui大挑戰(zhàn)，因此大腦中攝食驅(qū)動的增強(qiáng)有可能是一種適應(yīng)性行為。但是對于體重超標(biāo)的人來說，減弱這種對于AgRP神經(jīng)元的驅(qū)動將有可能成為未來減肥療法的一條新途徑。”
大腦中復(fù)雜的，能快速產(chǎn)生神經(jīng)沖動的神經(jīng)環(huán)路是動物產(chǎn)生饑餓、進(jìn)食和增重的基礎(chǔ)。過去的研究表明表達(dá)刺豚鼠相關(guān)肽(AgRP)蛋白和阿片促黑素原(POMC)蛋白的神經(jīng)細(xì)胞在攝食行為中發(fā)揮了關(guān)鍵性的作用。在大腦的下丘腦區(qū)域，AgRP的主要功能是驅(qū)動進(jìn)食和增重，POMC神經(jīng)元則能抑制攝食行為，增強(qiáng)飽腹感，促進(jìn)體重喪失。在過去的研究中，Lowell和其他課題組的研究人員證實在小鼠中人為地開啟AgRP神經(jīng)元開關(guān)，將導(dǎo)致動物貪吃無度，相對于對照組動物它們的攝食量增大了4倍。鑒于AgRP神經(jīng)元所發(fā)揮的重要作用，科學(xué)家們非常有興趣想知道哪些因子參與調(diào)控了這些AgRP神經(jīng)。生物通
過去在可能直接影響神經(jīng)元活性的機(jī)制研究中，科學(xué)家們研究焦點(diǎn)主要放在瘦素、胰島素和饑餓激素等這一類的激素上。Lowell研究小組的研究人員推測可能有其他的神經(jīng)元在這一機(jī)制中發(fā)揮了重要調(diào)控作用。
神經(jīng)元之間的溝通主要是通過一種稱為神經(jīng)遞質(zhì)的化學(xué)信使在突觸間來回傳遞。谷氨酸就是這樣一種興奮性神經(jīng)遞質(zhì)。生物通
Lowell 說：“對大腦其他區(qū)域(如調(diào)控學(xué)習(xí)、獎賞和成癮行為的區(qū)域)的研究表明谷氨酸突觸具有高度的可塑性，其突觸強(qiáng)度甚至有時候數(shù)量均可發(fā)生改變。”當(dāng)谷氨酸結(jié)合到下游神經(jīng)元上的NMDA受體上時就會引起突觸可塑性，強(qiáng)有力地控制行為。
“NMDA受體是一個不同尋常，且非常有趣的特例，”Lowell 說：“當(dāng)上游神經(jīng)元釋放出谷氨酸，與下游神經(jīng)元上的NMDA受體相結(jié)合時，會導(dǎo)致下游神經(jīng)元鈣離子內(nèi)流，轉(zhuǎn)而介入到引起突觸可塑性的的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中。例如在大腦的海馬區(qū)，NMDA受體可推動可塑性將記憶編碼。”
在這篇文章中，研究人員分別構(gòu)建了兩種AgRP神經(jīng)元和POMC神經(jīng)元缺失NMDA受體的遺傳工程小鼠。 他們發(fā)現(xiàn)POMC神經(jīng)元缺失NMDA受體的小鼠并沒有表現(xiàn)出攝食行為的變化，而AgRP神經(jīng)元缺失NMDA受體的小鼠則顯著不同。
“相比于對照組，AgRP神經(jīng)元缺失NMDA受體的小鼠吃得少，且更為消瘦，”Lowell解釋道。此外，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)禁食24小時，會引起對照組小鼠強(qiáng)烈的饑餓感——這與AgRP神經(jīng)元樹突棘數(shù)量增長67%有著密切的關(guān)系。生物通
當(dāng)對照組小鼠被給予喂食，饑餓可以緩解時，這些突觸棘的數(shù)量回落到了正常水平。而對于AgRP神經(jīng)元缺失NMDA受體的突變小鼠而言，禁食并未給突觸棘造成任何影響。突觸棘數(shù)量的變化與小鼠的饑餓和飽腹感之間密切的相關(guān)性，表明了AgRP神經(jīng)元上突觸的結(jié)構(gòu)可塑性對動物的攝食行為起重要的調(diào)控作用。
哈佛醫(yī)學(xué)院神經(jīng)生物學(xué)系研究人員Bernardo Sabatini 博士說：“肥胖是2型糖尿病、心血管疾病和某些類型癌癥的主要風(fēng)險因子，通過理解攝食行為的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制，我們才能進(jìn)一步找到攻克這一難題的治療策略。這一課題不僅有利于我們了解饑餓產(chǎn)生的機(jī)制，也有利于我們更深入了解突觸動態(tài)變化的細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)，”
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