Nature揭示：孕婦為什麼吃的多?

繁殖導致許多物種的雌性動物食物攝入量增加，這為調節食慾的探索提供了生理相關的範例。然而，內部狀態與胃腸神經支配之間的聯繫仍然不明確。

10月28日，英國MRC倫敦醫學科學院的研究人員利用雖然簡單但生理上較複雜的果蠅腸道，確定了具有性別和生殖狀態特定活動的腸道神經元在維持母親生殖過程中食物攝入量增加中的關鍵作用。相關成果發表於《Nature》上。

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

果蠅有一種類似胃的器官，稱為「crop」，這是昆蟲腸道中發現的一種可擴展結構。這種器官和前中腸都是由位於前腦中部（PI）和下腦神經結（HGG）中的肌抑制素（Ms）陽性神經元支配的。

因此，研究人員選擇性地激活或沉默了成年果蠅的Ms神經元。結果發現，激活導致自由進食的果蠅的「crop」大大擴大，相比之下，在飢餓狀態時沉默Ms神經元則阻止了「crop」的擴大。（在這種情況下，果蠅的「胃」通常會擴張）此外，Ms的基因下調或突變同樣阻止了「crop」的擴大，儘管其程度小於Ms神經元沉默。

進一步的研究表明，PI Ms神經元通過產生Ms神經肽來誘導「crop」的生長，並且是其生長不可缺少的，而肌抑制素受體1（MsR1）是通過Ms信號調節「crop」生長的肌肉受體。

Ms和MsR1對crop擴大的調節（a–c：由Ms-Gal4驅動的Ms神經元激活或沉默導致的作物表型。d：Ms的下調可通過Taotie-Gal4驅動而不是Mip-Gal4驅動來顯著減少「crop」面積。e：Ms受體系統發育。）

接下來，研究人員探討了「crop」擴大的生理調節，發現它取決於性別和生殖狀況：自由進食的交配後雌性果蠅的「crop」始終比自由進食的未交配雌性或交配雄性擴大的更多，而僅在交配後，雌性的PI神經元細胞體中的Ms肽水平較低。

此外，與未交配雌性相比，已交配雌性的Ms神經元具有較高的累積鈣水平，且鈣振蕩幅度降低。通過體內GCaMP6鈣成像和對鈣敏感的報導分子CaLexA的檢測顯示，GFP（帶有內源標籤的Ms報告物）表達與累積神經元活性成正比。進一步的發現支持了這樣的假設，即在雌蠅中，PI Ms神經元的活性在交配後發生變化，以促進Ms的釋放。

Ms神經元的生殖調控（a,b：野生型果蠅的代表性解剖腸（a）和大腦PI區的Ms染色（b）c,d：未交配（c）或已交配（d）雌性PI中由Ms驅動的GCaMP6活動的臨時定義的視頻快照）

但是，MS神經元的活性是如何改變的呢？研究人員發現，類固醇激素和腸內分泌激素會將交配狀態傳達給大腦。這些激素通過它們在PI Ms神經元中的受體起作用，改變了Ms神經元的活性，從而促進了交配後Ms的釋放。

為了研究交配後Ms神經元調節的重要性，研究人員使用兩種獨立策略下調了成年果蠅「crop」中的MsR1，選擇性地防止了「crop」交配後擴大。結果表明，這對雄性或未交配雌性沒有明顯的影響，但是卻阻止了交配後雌性果蠅正常觀察到的食物攝入量增加。通過阻斷交配後的蛻皮激素和鞣化激素bursicon α輸入到Ms神經元中，也可以得到類似的結果。

在通過下調MsR1選擇性地防止了交配後「crop」擴大後，研究人員發現，雌性果蠅的產卵量減少了，並且產生的卵的活力降低。因此，他們得出結論：交配後「crop」及其Ms的神經支配能維持食物攝入量的增加，從而使雌性繁殖力最大化。

交配後，由Ms介導的「crop」擴大增加了食物攝入和生殖產量

總而言之，這項研究表明，類固醇和腸內分泌激素在功能上重塑了腸神經元，導致它們的神經肽在交配後釋放到「crop」的肌肉上。神經肽的釋放改變了「crop」擴大的動態，從而導致食物攝入量增加。

研究人員強調：「人類的消化系統可能受到生殖線索的類似調節，從而影響食物的攝入。我們建議，妊娠和哺乳期是研究營養攝入調節、器官重塑和代謝可塑性的誘人且相對未開發的生理適應方法，這些機制最終可能被用來抑制食慾和/或體重增加。」

參考資料：

[1] Enteric neurons increase maternal food intake during reproduction.