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难怪减肥这么难!《自然》新发现:对糖和脂肪上瘾,肠道和大脑都要“背锅”

学术经纬 学术经纬 2022-09-23

▎药明康德内容团队编辑  


对糖和油脂的渴望,深深刻进了我们的大脑里,指导着我们对于美食的定义,也间接导致了糖尿病、肥胖等代谢疾病的盛行。我们的大脑,究竟为什么会难以抵御高糖高脂肪食物的诱惑?

这个问题的答案,藏在这些食物激活大脑的神经通路中。2020年,哥伦比亚大学Charles Zuker教授团队就在《自然》杂志发文,揭示了糖分子激活大脑的途径:糖可以通过肠道与大脑连接,从而激发对糖的摄取。相反,代糖(人工甜味剂)可以骗过舌头,却无法激活这条通路、满足大脑。(更多阅读:难怪无糖可乐没有灵魂!这项《自然》研究让我们对甜味有了新认识

就在今天,Zuker教授团队的成果再次登上《自然》杂志。这一次,研究发现脑-肠轴(gut-brain axis)直接感受的不仅有糖分子,还有脂肪。


为了探索脂肪激活大脑的方式,研究团队首先让两组小鼠分别摄取代糖溶液和脂肪溶液。最初,小鼠对这两种溶液都很喜欢,甚至会更倾向于有甜味的代糖。但很快,小鼠的喜好出现了明显的转变:实验开始48小时后,小鼠几乎只摄入脂肪,对代糖失去了兴趣。

▲小鼠发展出对脂肪的偏好。随着时间推移,它们逐渐放弃代糖、选择脂肪溶液(图片来源:参考资料[1])

2020年的研究已经揭示,代糖无法激活大脑,也就无法在大脑中产生持续的渴望。而小鼠对脂肪的持久兴趣似乎说明,和糖分子一样,脂肪也能通过某种渠道直接激活大脑。

接下来的实验进一步证实了这一猜想。研究团队敲除了trpm5基因,这时,小鼠失去了味觉感受器TRPM5蛋白,无法在口腔中感受脂肪。结果,尽管这些“味觉缺失”小鼠在最初对脂肪不感兴趣,但在48小时后,它们依然会持续摄取脂肪。

最新论文的第一作者,Zuker实验室的博士后李梦彤表示:“我们摄取含有糖或者脂肪的食物时,首先都要通过口腔与舌头,在这里,味觉让我们感知到食物的美味、喜欢上食物。但是,脑-肠轴的摄食后机制让我们对食物产生一种无法被满足的渴望,进而想要去获取更多。

接下来,研究团队在小鼠大脑中找到被脂肪激活的神经元,它们位于脑干的孤束核尾部(caudal nucleus of the solitary tract, cNST)。当研究人员阻断这些神经元时,小鼠对脂肪的偏好也丧失了。

研究团队的下一步,是寻找将信号传递至cNST神经元的通路。在此前的糖分子研究中,Zuker教授团队发现,一簇迷走神经(肠道与大脑之间的主要神经)可以将糖的信号传递给大脑。而在最新研究中,当研究团队切断迷走神经,cNST神经元无法被激活,说明正是迷走神经连接了肠道与大脑。

图片中绿色荧光标记的是迷走神经节中的脂肪感受细胞,它将信号通过脑-肠轴从肠道传递到大脑。(图片来源:李梦彤/Zuker实验室/哥伦比亚大学Zuckerman研究所)

糖和脂肪都是通过迷走神经来激活大脑,那么两者的具体通路是否存在差异?接下来,研究团队开展了对比研究,并且鉴定出两条平行通路。“一条通路会被所有营养物质(包括糖、脂肪和氨基酸)激活,另一条是只会被脂肪激活,并且这两条通路是利用不同的肠道激素发挥作用。” 李梦彤博士介绍道。

令研究团队感到意外的是,阻断两条通路中的任意一条,都足以抹除大脑对脂肪的偏好,说明这两条通路对于脂肪的偏好都是必不可少的。同时,第一条通用的营养通路对于糖分子的偏好也是必要的。

在肠道内分泌细胞中,研究团队还找到了两类糖或脂肪的受体:SGLT1是糖分子偏好的受体,而GPR40/GPR120是脂肪偏好的受体。值得注意的是,两条通路都需要利用GPR40和GPR120受体来驱动对脂肪的偏好。

▲肠道中GPR40/GPR120受体激活了脑-肠轴,使大脑产生对脂肪的渴望(图片来源:参考资料[1])

由此,这项研究揭示了对于糖和脂肪偏好至关重要的肠道受体以及脑-肠轴通路,这一发现对于疾病治疗以及我们的生活方式也提供了指导。

“过量摄取高糖高脂肪的食物会导致肥胖、糖尿病等一系列代谢疾病。我们的研究提示,干预这条途径对治疗这些疾病或许有所帮助,”李梦彤博士说,“这也对我们平时的饮食习惯有所提示。长期过量摄取这些高糖高脂肪的食物或许会让我们‘上瘾’,从而提高了患糖尿病和肥胖的风险。”

参考资料:
[1] Li, M., Tan, HE., Lu, Z. et al. Gut-Brain Circuits for Fat Preference. Nature (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05266-z
[2Cravings for fatty foods traced to gut-brain connectionRetrieved Sept 7th, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/963700

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