3月28日，頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》最新的一批文章如約上線。其中，有兩項(xiàng)研究相映成趣：一篇文章揭示了人類為啥嗜好“咸味”的食物，另一篇論文則探索了“口渴”的神經(jīng)學(xué)機(jī)理。這兩項(xiàng)研究的出爐，也昭示了科學(xué)家對(duì)于大腦的認(rèn)識(shí)又進(jìn)了一步。

你的口味咋那么重？

許多人對(duì)咸味的食物有所偏好：薯片、薯?xiàng)l、爆米花……這些制作簡(jiǎn)單的零食，只是添加了一點(diǎn)鹽，就讓人愛(ài)不釋手。

從演化的角度講，“重口味”對(duì)身體有著重要的意義——畢竟我們的身體需要攝入這些鈉離子，才能控制體液平衡，并讓神經(jīng)信號(hào)的傳導(dǎo)成為可能。由于動(dòng)物自身不能合成鈉離子，食物也成了獲取它的重要渠道。但在另一方面，攝入太多的鈉離子又有可能帶來(lái)心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)。那么問(wèn)題來(lái)了。我們的大腦是如何控制對(duì)于鈉離子的食欲，達(dá)到微妙的平衡呢？

來(lái)自加州理工學(xué)院陳天橋雒芊芊腦科學(xué)研究學(xué)院的Yuki Oka教授團(tuán)隊(duì)在這篇論文中找到了答案。使用光遺傳學(xué)的方法，他們用光來(lái)激活不同的小鼠神經(jīng)元，并觀察小鼠行為上的變化。他們發(fā)現(xiàn)，在對(duì)小鼠后腦的一些神經(jīng)元進(jìn)行刺激后，這些小鼠的口味突然變重，開(kāi)始重復(fù)舔舐巖鹽。這表明這些神經(jīng)元能促進(jìn)動(dòng)物攝取鹽分的欲望。

隨后，研究人員們又開(kāi)始探索，什么樣的行為會(huì)激活或者抑制這些神經(jīng)元。他們發(fā)現(xiàn)，一旦小鼠的舌頭接觸到鈉離子，短短幾秒鐘內(nèi)，這些神經(jīng)元的活性就得到了抑制。而如果抑制舌頭表面的鈉離子受體，則不會(huì)出現(xiàn)神經(jīng)抑制現(xiàn)象。此外，如果直接將含有鈉離子的溶液注射到胃部，也同樣不會(huì)引起神經(jīng)抑制。這些結(jié)果表明，存在一條從舌頭到腦部的神經(jīng)環(huán)路，調(diào)控動(dòng)物對(duì)鹽分的攝取。

▲本研究的負(fù)責(zé)人Yuki Oka教授（圖片來(lái)源：加州理工學(xué)院）

“想要攝入鹽分，是身體在缺乏鈉離子時(shí)發(fā)出的信號(hào)，” Oka教授說(shuō)道：“當(dāng)攝入鈉離子后，身體需要花上一段時(shí)間才會(huì)吸收。所以僅僅嘗到鈉離子就能平息神經(jīng)元的活躍，是一件很有意思的事。這意味著味覺(jué)等感受系統(tǒng)并不只是簡(jiǎn)單地把外部信息傳遞給大腦，而是在調(diào)控身體的功能上扮演了更為重要的作用。”

破解“口渴”背后的百年謎題

一個(gè)多世紀(jì)前，科學(xué)家們就想搞明白，身體究竟如何調(diào)控“口渴”的信號(hào)。早期的動(dòng)物研究表明，口干舌燥，或是血液中鹽分水平過(guò)高，都可能刺激大腦做出喝水的決定。但在最近，一些研究人員卻又發(fā)現(xiàn)，胃腸道可能參與了“渴感”的調(diào)控。然而，腸道是不是在其中扮演了某種角色，卻依舊是一個(gè)未解之謎。

在這項(xiàng)研究中，加州大學(xué)舊金山分校的Zachary Knight教授團(tuán)隊(duì)終于給這個(gè)謎題劃上句號(hào)——腸道不僅參與了“渴感”的調(diào)控，其中的作用還不小。

先把時(shí)鐘撥回到2016年。那一年，Knight教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)小鼠喝水時(shí)，只要當(dāng)水接觸到嘴部和喉嚨，大腦中的一些神經(jīng)元就會(huì)被關(guān)閉。這暗示這些神經(jīng)元可能起到了促進(jìn)喝水的作用，而信號(hào)則是來(lái)自口腔和喉嚨等部位。

▲當(dāng)腸道感受到鹽水后，大腦中控制“渴感”的神經(jīng)元會(huì)被激活（圖片來(lái)源：Knight Lab/UCSF/HHMI）

但這不是故事的全部。研究人員們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)喂食鹽水后，這些神經(jīng)元最初也同樣會(huì)得到抑制。然而不久后，它們就會(huì)恢復(fù)活性，促使動(dòng)物繼續(xù)飲水，仿佛身體在告訴這些神經(jīng)元，鹽水并不能真正補(bǔ)充水分！

那么，這些新的信號(hào)來(lái)自哪里呢？答案就是腸道。研究人員們?cè)诮袢赵诰€發(fā)表的論文中發(fā)現(xiàn)，腸道內(nèi)有鹽分感受器，它能直接和大腦“對(duì)話”。如果是普通的水輸入到腸道內(nèi)后，控制“渴感”的神經(jīng)元會(huì)保持關(guān)閉。而一旦進(jìn)入腸道的是鹽水，就會(huì)激活“渴感”神經(jīng)元，讓動(dòng)物繼續(xù)飲水。“腸道竟能如此精準(zhǔn)地測(cè)量鹽的濃度，這令人驚訝！” Knight教授評(píng)論道。

進(jìn)一步的研究表明，坐落于下丘腦內(nèi)的神經(jīng)元能夠從腸道、喉嚨、血液中獲得大量信號(hào)，然后進(jìn)行綜合評(píng)估，決定動(dòng)物是否處于口渴的狀態(tài)。Knight教授指出，在這一系統(tǒng)上的研究經(jīng)驗(yàn)，有望協(xié)助其他科學(xué)家們研究更為復(fù)雜的系統(tǒng)。

參考資料：

[1] Sangjun Lee et al., (2019), Chemosensory modulation of neural circuits for sodium appetite, Nature, DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-019-1053-2

[2] Christopher A. Zimmerman et al., (2019), A gut-to-brain signal of fluid osmolarity controls thirst satiation, Nature, https://doi.org/10.1038/s41586-019-1066-x

[3] The salt-craving neurons, Retrieved March 27, 2019, from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-03/ciot-tsn032519.php

[4] Thirst controlled by signal from the gut, Retrieved March 27, 2019, from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-03/hhmi-tcb032619.php

原標(biāo)題：《自然》同日兩篇“重口味”研究：科學(xué)家找到了控制吃鹽和喝水的神經(jīng)機(jī)理