Nature：肠道如何重塑大脑，使其渴望必需营养素

进食不仅仅是为了摄取足够的热量。动物还需要选择合适的营养物质。当身体缺乏蛋白质时，就必须寻找必需氨基酸——这些蛋白质的组成单元无法在体内合成，必须从食物中获取。由韩国基础科学研究院（IBS）微生物组-身体-脑生理学中心主任徐成培（SUH Seong-Bae）领导的研究团队，与首尔大学和梨花女子大学的研究人员合作，揭示了肠道如何感知蛋白质缺乏并引导大脑寻找必需营养物质。这项研究揭示了一个此前未知的肠-脑信号系统，该系统通过协调的神经和激素通路迅速改变摄食行为。

　　

进食不仅仅是为了摄取足够的热量。动物还需要选择合适的营养物质。当身体缺乏蛋白质时，就必须寻找必需氨基酸——构成蛋白质的基本单元，这些氨基酸无法在体内合成，必须从食物中获取。

由韩国基础科学研究院（IBS）微生物组-身体-脑生理学中心主任徐成培（SUH Seong-Bae）领导的研究团队，联合首尔大学和梨花女子大学的研究人员，揭示了肠道如何感知蛋白质缺乏并引导大脑寻找必需营养素。该研究揭示了一种此前未知的肠-脑信号通路，该通路通过协调的神经和激素通路快速改变摄食行为。

蛋白质是不可或缺的营养物质，因为它们含有动物自身无法合成的必需氨基酸。虽然已知动物在缺乏蛋白质时会渴望富含蛋白质的食物，但营养缺乏与选择性摄食行为之间的生物学机制仍知之甚少。

IBS 研究团队发现，肠道通过两条协调的途径对蛋白质缺乏做出反应——快速的神经回路迅速告知大脑必需氨基酸缺乏，而较慢的激素信号则在一段时间内维持对蛋白质的渴求行为。

研究人员首先研究了果蝇，果蝇是识别控制摄食的神经回路的有力模型。研究团队利用果蝇的神经成像、行为实验和基因工具，确定了这一过程背后的神经回路。

当果蝇缺乏膳食蛋白质时，肠道中特化的肠细胞会产生一种名为CNMa的肽类激素。这种信号首先激活肠道相关的肠神经元，这些神经元通过直接的肠-脑神经回路迅速将氨基酸缺乏的信息传递至大脑。与此同时，CNMa作为一种激素进入血液循环，缓慢地到达大脑，从而增强并维持果蝇对必需氨基酸的需求。

“我们的研究表明，肠道不仅仅是一个消化器官，而是一个活跃的感觉系统，它不断监测营养状况并直接指导行为决策，”SUH Seong-Bae说道。

研究人员进一步发现，该系统并非简单地增加整体食欲，而是有选择地改变了动物的饮食偏好：动物更倾向于蛋白质相关的营养物质，而对糖类失去兴趣。CNMa信号通路抑制了被称为DH44神经元的糖敏感神经元的活性，从而有效地将动物的摄食偏好从碳水化合物转向蛋白质相关的营养物质。

该研究还揭示了肠道菌群对这一神经回路的影响。缺乏共生肠道细菌的果蝇表现出更强的氨基酸摄取脑神经元激活，这表明微生物对营养物质可用性的调控与摄食行为有关。

研究人员还发现，这种机制在哺乳动物中是进化保守的。类似的实验表明，缺乏蛋白质的小鼠也同样对必需氨基酸表现出强烈的偏好。

令人惊讶的是，即使在缺乏FGF21（一种长期以来被认为在蛋白质摄入中起核心作用的激素）的小鼠中，这种反应仍然完好无损。这一发现表明，动物拥有其他此前未知的营养感知系统。

这些研究结果表明，动物并非在营养缺乏时简单地增加食量。相反，大脑会选择性地调整摄食优先级，优先摄取那些特定缺乏的营养物质。

研究人员表示，这些发现为了解人体如何维持营养平衡提供了重要见解，并可能为肥胖症、代谢疾病和饮食失调的研究开辟新的途径。

“目前大多数肥胖症和食欲控制药物都依赖于肠道激素信号传导，但我们对自然产生的肠道信号如何影响大脑和行为仍然知之甚少，这项研究揭示了肠脑轴选择营养物质的基本原理，并为未来针对代谢和摄食障碍的治疗策略奠定了基础。”

研究结果于5月21日发表在《科学》杂志上。