Science神经生物学奖：饥饿、中枢神经系统免疫以及“看见”

撰文 | 雪月

责编 | 酶美

I--饥饿的力量

2021年eppendorf Eppendorf & Science 神经生物学奖 获奖者是来自于宾夕法尼亚大学神经科学系和的Monell Chemical Senses中心的Amber L. Alhadeff博士。主要研究方向为脑肠信号及其对进食、疼痛和其他行为的调控作用。

Amber L. Alhadeff

在过去的几十年里，食物摄入的神经调控机制已经得到阐明。对饥饿的了解让我们改变了对世界的看法。大脑会不断接收来自身体其他部位的信息，了解这些身体内部产生的信号如何影响大脑进食中枢的神经活动也非常重要。然而该部分获得的关注度较少。Amber L. Alhadeff的研究主要集中在机体其他部位与大脑饥饿神经回路之间的联系，目的是探究进食如何编码饥饿神经元，以及这些神经元活动如何改变机体的行为。

饥饿可以过滤不同的感官信息

饥饿如何影响机体对竞争信号的感知？Amber L. Alhadeff首先探究了饥饿的小鼠对不同类型感官刺激的反应。作者发现食物剥夺会导致小鼠对长期炎症性疼痛和瘙痒的反应性行为显著减少，但是对热和机械刺激的反应能力无明显影响。这些研究表明饥饿过滤了特异性有害感官信号。

接下来作者研究食物剥夺对于疼痛行为的影响。下丘脑表达AgRP（agouti-related protein）的神经元对小鼠食物摄入的调控至关重要。该类神经元在出现食物剥夺时被显著激活。

动物的饥饿状态能够抑制炎症导致的疼痛反应，通过光激活AgRP神经元可以再现出饥饿对疼痛的抑制作用。作者进一步的研究发现下丘脑中只有大约300个AgRP神经元能够投射到后脑的臂旁核（parabrachial Nucleus，PBN）进而抑制疼痛反应。这些研究揭示了饥饿回路处于神经层级结构中，并阐明了神经层级结构中过滤和处理感官信息中的优先顺序。作者认为利用饥饿回路可以开发安全有效的抑制疼痛的方法。确定饥饿回路精准调控机制可以极大的提高抑制疼痛的能力。

原文链接：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(18)30234-4?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0092867418302344%3Fshowall%3Dtrue

肠脑信号和食物摄入

饥饿回路可以对机体的感官反应产生深远的影响，但是感官刺激如何影响饥饿回路的神经活动？作者探索了胃肠道的感觉信号如何影响下丘脑神经元的活动。食物给人的视觉、味觉和嗅觉刺激以及食物的营养成分都会影响神经活动和动物行为。通过给与热量食物和无热量食物，作者发现热量对于维持AgRP神经元低活动水平不可或缺。如果将食物直接注入胃中也可以抑制AgRP神经元活动。这也表明热量介导这些变化是必需的。而营养信号通过哪些脑肠通路抑制AgRP神经元？研究发现脂肪通过迷走神经信号传导抑制AgRP神经元活动，而糖抑制AgRP神经元活动不需要迷走神经，而是通过脊髓传入感觉信号，作用于下丘脑饥饿神经元。这些研究阐明了不同营养通过哪些途径影响大脑反应性。探究肠道信号通过何种方式作用于大脑摄食中心对于治疗体重相关疾病具有重要意义。例如了解脑肠通路如何被特定营养素调控有助于了解哪些食物更有益于治疗。阐明AgRP神经元抑制途径有助于缓解与饥饿相关负面情绪，改善患者减肥体验。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1550413120307166?casa_token=6CxCCyy62GgAAAAA:hMAri9Y1p4oFamkSEayjt7S2fRg0sk-q4gS-uqtATH2uSf_5zBAyZCSkt5W8P9xGvX4ak402tpE

完善大脑与外周器官的联结

目前对于大脑与机体其他部位相互作用的机制已经被不断揭开。但是因其复杂性以及相互作用的多重性，我们对于这方面的理解还很不完善。Amber L. Alhadeff提出未来他们的研究将集中于这一方向，以期为开发相关治疗奠定基础，造福人类。

II--大脑的“特权”

Justin Rustenhoven

长久以来，我们认为因为血脑屏障和血液-脑脊液屏障的限制，免疫细胞难以深入到中枢神经系统，所以大脑和脊髓难以产生有效的免疫响应以应对挑战。这是大脑的特殊之处。Justin Rustenhoven的工作揭示了硬脑膜静脉窦是神经免疫的交汇点，循环T细胞在这里监测到大脑或者脑脊液中的新生抗原，进行免疫巡视和调控响应。这一神经免疫的交汇处随着衰老而逐渐改变，神经炎症反应可作为神经疾病新的治疗靶点之一。

III--隐藏在简单的“看见”里

Andreas J. Keller

Waldo在哪里呢？我们如何从纷繁芜杂的环境中看见我们想要看见的事物呢？Keller的研究帮助了我们理解“看”似简单的看见。首先他们的研究揭示了感知视觉刺激受到了刺激场景的影响。通过光学纪录、操作和计算模拟建模实验，结构表明由vasoactive intestinal peptide （VIP）和somatostatin （SOM） 表达的抑制神经元组成的抑制性电路，可根据刺激和环绕场景之间的相似性调节小鼠视觉皮层中的反应，主要是通过调节反复激发。其次，他们的研究还表明视觉皮层中还存在由视觉反馈投射产生的第二个刺激接受区域，帮助我们通过上下文来获得缺少的信息。

原文链接：

1. http://doi.org/10.1126/science.abl7121

2. http://doi.org/10.1126/science.abl7122

3. http://doi.org/10.1126/science.abl7124

制版人：十一

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