丘脑室旁核前侧部分(aPVT)负责决策、动机、摄食等多个行为,并能够整合上、下游信息预测奖赏和厌恶行为。激活该区域兴奋性神经元抑制进食,激活抑制性神经元促进摄食行为。
2022年8月1日浙江大学脑科学与脑医学学院周煜东/沈逸团队揭示了高脂饮食可引起丘脑室旁核前部小胶质细胞异常增殖,并激活该区域兴奋性神经元,诱发强迫性进食行为。
2018年该团队在Frontiers in Molecular Neuroscience杂志发表文章Anterior Paraventricular Thalamus to Nucleus Accumbens Projection Is Involved in Feeding Behavior in a Novel Environment 揭示了丘脑室旁核谷氨酸能神经元投射到伏隔核的环路调控新奇抑制进食行为,激活该环路后促进小鼠在新奇环境中的摄食行为。
1. aPVT区域兴奋性神经元介导强迫进食
研究人员训练小鼠在压杆后获得10%蔗糖溶液的奖赏,随着训练次数的增加,小鼠压杆次数也会增多。随后改变这一获取奖赏的环境,在小鼠压杆的时候存在50%概率出现灯光线索关联的足底电击,增加了获得糖水奖赏的风险性。
这种可能遭遇足底电击的风险显著降低了正常饮食小鼠的压杆实验,但高脂饮食小鼠似乎并没有被这种潜在风险吓退,依然保持原有水平的压杆,这就说明高脂饮食小鼠存在强迫性摄取蔗糖的行为。
免疫荧光实验发现与正常小鼠相比,高脂饮食小鼠aPVT区域激活的神经元明显增多,并且大多数为兴奋性神经元,丘脑室旁核后侧部分并没有这种差异。
光纤钙成像技术发现小鼠在单独压杆或足底电击过程中并不会引起aPVT区域兴奋性神经元活性变化,但在冒着可能被电击的灯光线索下进行压杆过程中高脂饮食小鼠aPVT区域兴奋性神经元活性明显增加。
进一步的光遗传学技术激活aPVT区域兴奋性神经元后可进一步促进小鼠冒着电击风险进行压杆实验,获得糖水溶液。慢性抑制该类型神经元后则会减弱上述小鼠的强迫性摄取糖水的行为。
图1:高脂饮食小鼠aPVT区域兴奋性神经元大量激活
2.小胶质细胞炎症反应介导
高脂饮食诱发的强迫性进食
已有研究表明高脂饮食诱导的下丘脑炎症与小胶质细胞激活同时发生,其特征是小胶质细胞形态快速发生变化。
高脂饮食小鼠aPVT区域小胶质细胞数量增多,并与激活的兴奋性神经元进行密切接触。通过集落刺激因子1受体拮抗剂PLX3397清除大脑小胶质细胞或特异性敲除aPVT区域小胶质细胞后均能明显阻断小鼠的强迫性摄取糖水的行为。
图2:高脂饮食促进aPVT区域小胶质细胞异常增殖
总结
本文揭示了丘脑室旁核前部兴奋性神经元在高脂饮食诱发的强迫性进食行为中发挥重要作用。HFD诱导的丘脑室旁核适应性反应在进化上在食物短缺的生存非常重要,但在食物过剩的情况下可能会被“劫持”,引起肥胖。
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