Cell子刊：真的停不下来！越吃越想吃，研究发现吞咽会引发快感

身体如何与大脑相互作用来执行重要的生命功能，比如进食，是生理学和神经科学的一个基本问题。

2024年9月12日，德国波恩大学Michael J. Pankratz团队在Current Biology在线发表题为“Serotonergic modulation of swallowing in a complete fly vagus nerve connectome”的研究论文，该研究报道了5-羟色胺对蝇迷走神经连接体吞咽的调节作用。该研究使用果蝇的全动物扫描透射电子显微镜体积，以突触分辨率绘制通过昆虫迷走神经连接整个肠道神经系统和大脑的神经元回路。研究人员发现了一个肠-脑反馈回路，在这个回路中，食道中表达压电的机械感觉神经元将食物通道信息传递给大脑中六个血清素能神经元。

与食物价值的信息一起，这些中枢血清素能神经元增强了表达血清素受体7的运动神经元的活性，这些运动神经元驱动吞咽。这种基本的回路结构包括一个轴-轴突突触连接，从支配食道肌肉的谷氨酸能运动神经元到向血清素能神经元发出信号的机械感觉神经元。该研究阐明了一种神经调节的感觉-运动系统，其中正在进行的运动活动在完成有生物学意义的动作后通过血清素得到加强，它可能代表了一种古老的运动学习形式。

摄食行为涉及神经系统与环境信号的相互作用，以及与内脏器官提供的生理和代谢信号的相互作用。它可以被看作是由不同的模块组成的事件链，每个事件都需要一套不同的运动程序。不同的中枢模式发生器(CPGs)被认为是有节奏进食运动(如咽泵、咀嚼和吞咽)的特定运动程序的基础。关键的是，当一种喂养行为成功地满足了生物需求时，它应该得到加强。这包括，例如，能够区分在没有感官信号的情况下通过CPGs发生的吞咽运动与真正的食物摄入时发生的吞咽运动，因为后者对生物体具有更大的生物学价值。

在不同的动物中，控制食物摄入不同阶段的神经回路正在被阐明。在果蝇和哺乳动物的脑干中，与吞咽有关的CPGs被定位于食道下区(SEZ)，这两个区域都是处理味觉和进食相关行为的感觉运动信息的中心。研究人员分析了参与营养感知的神经元和感受间信号传递到大脑的神经元通路，包括小鼠迷走神经(VN)向脑干的投射。在果蝇中，一种识别大量特定细胞类型并研究其功能和对中枢神经系统(CNS)的投射的策略已被采用。然而，这些方法不允许突触连接被识别。与此同时，在单细胞水平上描述大脑中不同细胞类型的研究也取得了很大进展。例如，来自各种生物体和细胞环境的研究表明，神经调节剂血清素对喂养、肠道运动、情绪和运动学习有广泛的影响，小鼠大脑中血清素能神经元的复杂性正在被表征。然而，尚不清楚中枢5-羟色胺能神经元如何单突触或多突触地连接到周围的特定神经元。

机理模式图（图源自Current Biology）

连接组分析提供了突触分辨率下神经元连通性的信息。在果蝇中，不同的数据集包含了中枢神经系统的不同部分。之前已经使用幼虫中枢神经系统体积来绘制进食时运动和神经内分泌控制的中枢回路。完整的感觉和运动图谱已经重建，包括来自不同身体区域的感觉模式的地形分布，在经济特区有一组不同的血清素能神经元投射到肠神经系统(ENS)和肠道。然而，尽管苍蝇喂养系统中的连接组分析水平和全面性，但仍存在一个重大差距，阻碍了下一层次的理解：感觉神经元和运动神经元都无法以单细胞分辨率匹配外周和CNS之间的突触伙伴。

在这里，作者首次在果蝇身上使用精确的全动物体积，重建了完整的ENS，在单细胞和突触水平上分配了从外周喂养系统到大脑的所有连接。这些结果再次证实了哺乳动物和果蝇的神经回路组织之间惊人的相似之处，这个术语以前被用来描述昆虫体内连接中枢神经系统和外围神经的蜿蜒神经。该研究结果阐明了先天节律行为的一个基本回路，它利用血清素来增强运动动作，以回应一个成功的、具有生物学价值的事件，称之为代表“动作完成”的过程，作为动作选择和启动的对应。

参考消息：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982224011370?ref=pdf_download&fr=RR-2&rr=8c5e33709cd484fc