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高熱量食物會引起肥胖，然而人們總是管不住貪吃的嘴，對高熱量食物欲罷不能，這其中的神經(jīng)炎癥機制暫不清晰。
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2022年8月1日，浙江大學(xué)腦科學(xué)與腦醫(yī)學(xué)學(xué)院周煜東/沈逸課題組在Nature Neuroscience雜志上發(fā)表“Diet-induced Inflammation in the Anterior Paraventricular Thalamus Induces Compulsive Sucrose-seeking”的研究論文，揭示了高脂飲食（high-fat diet, HFD）引發(fā)強迫性進食的神經(jīng)炎癥機制。研究發(fā)現(xiàn)高脂飲食可誘導(dǎo)小鼠丘腦室旁核前側(cè)（anterior paraventricular thalamus, aPVT）小膠質(zhì)細胞激活從而引發(fā)aPVT興奮性神經(jīng)元活動增加，導(dǎo)致小鼠出現(xiàn)強迫性進食行為，即明知存在風(fēng)險，仍要選擇獲取食物。為理解高脂食物引發(fā)強迫性進食的機制及探索預(yù)防由高脂飲食引起的肥胖提供了科學(xué)依據(jù)。
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結(jié)果
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首先，為研究高脂飲食（high-fat diet, HFD）小鼠的強迫進食行為，研究者訓(xùn)練小鼠按壓杠桿以獲取蔗糖獎勵，隨后，引入恐懼條件反射，即在按壓獲取蔗糖獎勵的同時，會有50%的概率出現(xiàn)燈光線索（conditioned stimulus, CS）耦聯(lián)的足底電擊刺激（圖1a）。結(jié)果顯示，在蔗糖獎賞和電擊恐懼刺激同時存在的情況下，正常喂養(yǎng)小鼠按壓杠桿的次數(shù)相較于僅存在蔗糖獎賞時顯著降低，而高脂飲食小鼠按壓次數(shù)則基本保持不變（圖1b-e）。提示了HFD可誘發(fā)小鼠產(chǎn)生強迫進食行為。
圖1 HFD可誘發(fā)小鼠產(chǎn)生強迫進食行為
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接下來，研究者探討了高脂飲食誘發(fā)小鼠產(chǎn)生強迫進食行為的神經(jīng)機制，借助c-fos染色發(fā)現(xiàn)HFD小鼠丘腦室旁核前側(cè)（anterior paraventricular thalamus, aPVT）在強迫攝取蔗糖過程中CaMKIIα神經(jīng)元異常激活（圖2a-d）。隨后，借助在體光纖記錄發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)HFD小鼠在強迫進食（按壓杠桿獲取蔗糖獎勵的同時，也伴隨著燈光線索耦聯(lián)的足底電擊刺激）過程中，aPVT CaMKIIα神經(jīng)元活動明顯增加（圖2e-h）。
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進一步，研究者在正常飲食小鼠aPVT注射AAV-CaMKIIα-ChR2-mCherry病毒，并埋入光纖，發(fā)現(xiàn)光遺傳學(xué)激活aPVT CaMKIIα神經(jīng)元，可增加正常飲食小鼠在足底電擊時的按壓杠桿次數(shù)；同時研究者借助化學(xué)遺傳學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)CNO抑制aPVT CaMKIIα神經(jīng)元時，可減少HFD小鼠按壓杠桿次數(shù)（圖2i-n）。這些結(jié)果提示了小鼠大腦aPVT區(qū)興奮性神經(jīng)元的活動參與小鼠強迫性進食行為，激活aPVT CaMKIIα神經(jīng)元可促進小鼠的強迫性攝取糖水行為；抑制aPVT CaMKIIα神經(jīng)元則減弱小鼠該行為。高脂飲食通過誘導(dǎo)aPVT區(qū)興奮性神經(jīng)元的活動增強從而引起強迫性進食。
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圖2 aPVT興奮性神經(jīng)元的異常活躍促進小鼠強迫性進食行為
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最后，作者研究了HFD誘導(dǎo)aPVT中興奮性神經(jīng)元活動水平升高的機制。研究者發(fā)現(xiàn)高脂飲食可導(dǎo)致aPVT區(qū)小膠質(zhì)細胞數(shù)量顯著增多（圖3a,b）。通過給予HFD小鼠喂食含有PLX3397（集落刺激因子1受體(CSF1R)抑制劑）的食物發(fā)現(xiàn)，HFD小鼠aPVT神經(jīng)元活動減弱，并緩解強迫性進食行為；此外，研究者將抗CSF-1抗體注射至小鼠aPVT區(qū)以特異性減少HFD小鼠aPVT小膠質(zhì)細胞增生，同樣發(fā)現(xiàn)HFD小鼠強迫性攝取糖水行為受到抑制（圖3c-i）。提示了高脂飲食通過誘導(dǎo)aPVT小膠質(zhì)細胞激活引發(fā)aPVT興奮性神經(jīng)元活動水平提升，進而導(dǎo)致小鼠產(chǎn)生強迫性進食行為。
圖3 HFD誘導(dǎo)aPVT小膠質(zhì)細胞激活促進小鼠強迫性進食行為
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結(jié)論
本文通過對比高脂飲食小鼠與正常飲食小鼠的強迫性進食行為，配合光遺傳學(xué)、化學(xué)遺傳學(xué)、鈣離子光纖記錄、免疫染色、行為學(xué)等多種技術(shù)手法，揭示了高脂飲食引發(fā)強迫性進食的神經(jīng)炎癥機制。研究發(fā)現(xiàn)高脂飲食可誘導(dǎo)小鼠aPVT小膠質(zhì)細胞激活，使大腦處于慢性炎癥狀態(tài)，從而引發(fā)aPVT中與獎賞有關(guān)的興奮性神經(jīng)元異常活躍，最終導(dǎo)致小鼠出現(xiàn)強迫性進食行為。這為理解高脂食物引發(fā)強迫性進食的機制及探索預(yù)防由高脂飲食引起的肥胖提供了科學(xué)依據(jù)。
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浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士生程晶晶、馬曉林和博士后李春祿為論文共同第一作者，周煜東教授和沈逸副教授為共同通訊作者。課題受到科技部國家重點研發(fā)計劃“發(fā)育編程及其代謝調(diào)節(jié)”重點專項和國家自然科學(xué)基金的資助。
和元生物有幸為研究者提供實驗中使用的AAV載體，助力神經(jīng)科學(xué)研究！