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Nature揭示:孕妇为什么吃的多?

2020/10/30 生物探索
导读:繁殖导致许多物种的雌性动物食物摄入量增加,然而,内部状态与胃肠神经支配之间的联系仍然不明确。

繁殖导致许多物种的雌性动物食物摄入量增加,这为调节食欲的探索提供了生理相关的范例。然而,内部状态与胃肠神经支配之间的联系仍然不明确。

10月28日,英国MRC伦敦医学科学院的研究人员利用虽然简单但生理上较复杂的果蝇肠道,确定了具有性别和生殖状态特定活动的肠道神经元在维持母亲生殖过程中食物摄入量增加中的关键作用。相关成果发表于《Nature》上。


https://www.nature.com/articles/s41586-020-2866-8

果蝇有一种类似胃的器官,称为“crop,这是昆虫肠道中发现的一种可扩展结构。这种器官和前中肠都是由位于前脑中部(PI)和下脑神经结(HGG)中的肌抑制素(Ms)阳性神经元支配的。

因此,研究人员选择性地激活或沉默了成年果蝇的Ms神经元。结果发现,激活导致自由进食的果蝇的“crop”大大扩大,相比之下,在饥饿状态时沉默Ms神经元则阻止了“crop”的扩大。(在这种情况下,果蝇的“胃”通常会扩张)此外,Ms的基因下调或突变同样阻止了“crop”的扩大,尽管其程度小于Ms神经元沉默。

进一步的研究表明,PI Ms神经元通过产生Ms神经肽来诱导“crop”的生长,并且是其生长不可缺少的,而肌抑制素受体1(MsR1)是通过Ms信号调节“crop”生长的肌肉受体


Ms和MsR1对crop扩大的调节(a–c:由Ms-Gal4驱动的Ms神经元激活或沉默导致的作物表型。d: Ms的下调可通过Taotie-Gal4驱动而不是Mip-Gal4驱动来显著减少“crop”面积。e:Ms受体系统发育。)

接下来,研究人员探讨了“crop”扩大的生理调节,发现它取决于性别和生殖状况:自由进食的交配后雌性果蝇的“crop”始终比自由进食的未交配雌性或交配雄性扩大的更多,而仅在交配后,雌性的PI神经元细胞体中的Ms肽水平较低。

此外,与未交配雌性相比,已交配雌性的Ms神经元具有较高的累积钙水平,且钙振荡幅度降低。通过体内GCaMP6钙成像和对钙敏感的报道分子CaLexA的检测显示,GFP(带有内源标签的Ms报告物)表达与累积神经元活性成正比。进一步的发现支持了这样的假设,即在雌蝇中,PI Ms神经元的活性在交配后发生变化,以促进Ms的释放


Ms神经元的生殖调控(a,b:野生型果蝇的代表性解剖肠(a)和大脑PI区的Ms染色(b)c,d:未交配(c)或已交配(d)雌性PI中由Ms驱动的GCaMP6活动的临时定义的视频快照)

但是,MS神经元的活性是如何改变的呢?研究人员发现,类固醇激素和肠内分泌激素会将交配状态传达给大脑。这些激素通过它们在PI Ms神经元中的受体起作用,改变了Ms神经元的活性,从而促进了交配后Ms的释放

为了研究交配后Ms神经元调节的重要性,研究人员使用两种独立策略下调了成年果蝇“crop”中的MsR1,选择性地防止了“crop”交配后扩大。结果表明,这对雄性或未交配雌性没有明显的影响,但是却阻止了交配后雌性果蝇正常观察到的食物摄入量增加。通过阻断交配后的蜕皮激素和鞣化激素bursicon α输入到Ms神经元中,也可以得到类似的结果。

在通过下调MsR1选择性地防止了交配后“crop”扩大后,研究人员发现,雌性果蝇的产卵量减少了,并且产生的卵的活力降低。因此,他们得出结论:交配后“crop”及其Ms的神经支配能维持食物摄入量的增加,从而使雌性繁殖力最大化


交配后,由Ms介导的“crop”扩大增加了食物摄入和生殖产量

总而言之,这项研究表明,类固醇和肠内分泌激素在功能上重塑了肠神经元,导致它们的神经肽在交配后释放到“crop”的肌肉上。神经肽的释放改变了“crop”扩大的动态,从而导致食物摄入量增加

研究人员强调:“人类的消化系统可能受到生殖线索的类似调节,从而影响食物的摄入。我们建议,妊娠和哺乳期是研究营养摄入调节、器官重塑和代谢可塑性的诱人且相对未开发的生理适应方法,这些机制最终可能被用来抑制食欲和/或体重增加。”

参考资料:

[1] Enteric neurons increase maternal food intake during reproduction

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