高脂饮食之后,中脑的进食信号怎样改变?
高脂饮食影响的不只是脂肪。小鼠中脑的一群抑制性细胞,在进食时出现更深的活动下降;改变其活动或相关基因表达,又牵动了体重与能量收支。
吃得多、消耗少,会让体重逐渐上升。但在高脂饮食的过程中,大脑会不会也发生改变,让这笔能量账更难平衡?2023年11月1日发表于 Science Advances 的研究,追踪了小鼠腹外侧导水管周围灰质中的GABA能细胞。这个名字很长的中脑区域,在研究中呈现出一个清晰现象:小鼠开始进食时,相关细胞的群体钙信号下降;高脂饮食后,下降变得更明显。研究进一步把这一变化与突触抑制、细胞兴奋性和基因表达联系起来,并观察到体脂与进食量随干预而改变。
高脂饮食相关肥胖伴随vlPAG GABA能细胞的功能适应。增强相关细胞活动或提高CACNA2D1表达,可减轻模型小鼠的体脂与体重增加,并改善部分异常神经信号。
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体重下降,伴随着少吃和更多夜间消耗
研究先看改变细胞活动后的身体反应。在已经出现高脂饮食相关肥胖的小鼠中,持续增强vlPAG GABA能细胞活动,体重、脂肪量和体脂比例逐步下降;瘦体重没有显著变化。对照组没有出现相同的下降轨迹,提示变化并非来自整个身体成分一起减少。
能量收支的两端都发生了变化:摄入的高脂食物减少,夜间能量消耗增加,白天的消耗则没有显著增加。腹股沟白色脂肪细胞变小,伴随产热相关UCP1增加和棕色化特征;其他脂肪部位没有出现相同的UCP1变化。作用带有时间与组织差别。
来源:Wang X et al. · Science advances · CC BY
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信号下降更深,并不限于高脂食物入口时
正常饲料和初次接触高脂食物时,群体钙信号都会在进食开始后降低,停止进食后接近原来水平。长期高脂饮食后,再次进食引起的下降更加明显;一直吃正常饲料的对照小鼠,面对同样的高脂食物没有出现同等幅度的变化。
肥胖小鼠重新吃正常饲料时,也能看到较深的信号下降。因此,这一现象与长期饮食及身体状态相联系,不能只归因于当下食物的脂肪含量。行走、梳理和站立没有带来同样的钙信号变化;记录期间的进食次数等指标也未全部改变。
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抑制输入更频繁,细胞也更不容易兴奋
脑片记录提供了另一层线索:肥胖小鼠相关细胞接收到的微小抑制性突触电流更频繁,单次电流的幅度却没有显著增加。细胞的自发放电降低,部分内在电学性质也改变,表明群体钙信号背后还有突触和细胞层面的适应。
较早的饮食阶段,某些突触变化已先于明显体重增加出现,而内在兴奋性的变化并非同时齐备。这让“肥胖以后大脑才被动改变”的解释变得不够完整,也留下一个问题:饮食、代谢信号和细胞适应,究竟怎样逐步影响彼此?
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CACNA2D1的变化,集中在一个细胞亚群
单核转录组把相关GABA能细胞进一步分成七个亚群。研究关注的Cacna2d1编码钙通道辅助亚基,在其中占比较大的一个亚群内表达降低,其他六群的相应比较没有显著差异。组织中的RNA检测也支持相关表达减少,细胞群内部的差异由此浮现。
提高相关细胞中的CACNA2D1表达后,肥胖小鼠的体重、脂肪量和体脂比例下降,瘦体重仍没有显著改变。这里的表达干预覆盖相关GABA能群体,并未只限于转录组找到的那个亚群,因此还不能把全部效应都分配给某一个细胞类型。
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改善的是过强的下降,进食相关响应仍在
CACNA2D1表达提高后,异常增加的抑制性电流频率下降,电流幅度没有显著差异。进食仍然伴随钙信号降低,只是原本过深的下降有所减弱,更接近正常饮食对照的水平。相关细胞保留了对进食的响应,而非变成始终保持高活动的状态。同步记录中,总进食时间缩短,但进食次数与单次进食时长没有显著差异,行为变化也有其具体范围。
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能量平衡的故事,延伸到中脑的适应
这项成年雄性小鼠研究把高脂饮食、局部神经适应和身体能量收支放进同一个故事。它提示,进食调节不能只看食物入口时的反应,也需要看长期饮食如何重新塑造这些反应。至于相关细胞通过哪些下游连接影响进食与脂肪,现有解剖线索尚不足以给出完整答案。
CACNA2D1因此成为值得继续研究的分子线索。不过,增加表达带来的模型改善,距离适合人的减重治疗还有许多环节;长期效果、细胞亚群分工,以及钙通道辅助亚基如何改变局部突触,仍有待进一步说明。