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为什么吃肉等高蛋白食物顶饱?科学家首次揭示氨基酸直接作用下丘脑特殊细胞产生饱腹感的机制

据说,《超能陆战队》里胖胖的大白,在意识到肥胖对健康的危害后,下定决心准备好好减肥。经过一段时间的体育锻炼,终于甩掉了身上的肥肉,但是却变成了米其林轮胎人。痛定思痛之后,大白终于明白还是少吃点比较靠谱。

但是,对于广大吃货来说,想让他们少吃点,谈何容易。

健身之后的大白

庆幸的是,科学家们从未放弃拯救你“根本停不下来的食欲”和“越来越多的赘肉”。

9 月 27 日,最新一期的《分子代谢》杂志发表了英国华威大学生命科学学院研究人员的一项重磅成果,他们首次发现人体控制食欲的关键脑细胞——下丘脑脑室膜细胞(hypothalamic tanycytes),研究同时首次揭示了氨基酸介导产生饱腹感的机制,人体进食后血浆中升高的氨基酸,会通过血脑屏障进入脑脊液,作用于下丘脑脑室膜细胞,从而产生饱腹感 [1]。

另外,研究人员还识别了两种介导产生饱腹感最强的氨基酸,精氨酸和赖氨酸,而这两种氨基酸在猪肩肉、西冷牛排、鸡肉、马鲛鱼、李子、杏、鳄梨、扁豆和扁桃仁中含量最高。这些氨基酸在进入人体后,作用于下丘脑脑室膜细胞,因此很有可能让你更有饱腹感。

脑室膜细胞上氨基酸传感途径

评论认为,鉴于研究人员开创性地发现了控制食欲的关键脑细胞,而且揭示了氨基酸介导产生饱腹感的机制,因此在节食领域可能会产生一场变革 [2]!

虽然进食后升高的血糖也会影响摄食行为,但这种机制的意义更多在于维持血糖稳态。与此不同的是,氨基酸介导产生的饱腹感,对于摄食调节和体重稳态有着更加重要的意义。以往的研究也已经证明,氨基酸是可以减少饥饿感并延长饱腹感最有效的营养物质 [3]。

在很久之前,科学家们都认为,胃是调节食欲的主要器官。如果一个人几个小时得不到食物,胃就会产生强烈的节律性收缩,即所谓的饥饿收缩。也有人认为饥饿感是由于胃液对空胃的刺激产生的。

但是,这并不能完全解释机体复杂的摄食活动,比如一个新生儿在刚出生时胃是空虚的,但出生的第一天并不感到饥饿,这是由于母体在分娩时已将一部分营养转移至婴儿血液中。而且发热病人也不感觉饥饿,这是因为体内所储存的蛋白质适时分解, 提供发热所消耗的燃料。

直到 19 世纪,生理学家开始提出进食量是由中枢神经系统控制的,并认为脑中枢的活动可能受与饮食有关的血液成分变化的影响。随着研究的不断深入,科学家们提出,进食量是由两个相互作用的下丘脑中枢调节来完成的,即位于外侧下丘脑的摄食中枢,和腹内侧下丘脑的饱中枢 [4]。

之后,曾有研究人员直接将氨基酸注射到小鼠侧脑室进入下丘脑,结果就发现能够抑制小鼠的食欲 [5]。这也就意味着,即使避开消化系统,氨基酸也可以产生饱腹感。

下丘脑

但是位于大脑腹面、丘脑下方的下丘脑,虽然体积很小,却是机体调节内脏活动和内分泌活动的高级神经中枢集中所在地。一直以来研究人员并不清楚是哪些脑细胞受到了氨基酸的影响,也不清楚饱腹感产生的具体机制。

在这项研究中,研究人员将一定浓度的氨基酸注入脑细胞(脑细胞荧光化,此时可以观察到任何微小变化)。结果在三十秒内检测到了发生反应的脑室膜细胞。研究人员揭示,氨基酸通过受体作用于脑室膜细胞,激发了细胞内钙离子,接着释放 ATP,进一步放大钙离子信号,从而将“饱腹感”信号传递给大脑实质。

氨基酸与脑室膜细胞受体结合

同时,如果使用受体拮抗剂阻断这些受体的结合,发现氨基酸不再与脑室膜细胞反应,也不再产生“饱腹感”信号。

研究结果表明,下丘脑脑室膜细胞可直接感知一系列必需氨基酸和非必需氨基酸,这是介导产生饱腹感的重要信号。而且研究证明了,脑室膜细胞是下丘脑产生饱腹感并减少摄食的生理介质。

华威大学的 Nicholas Dale 评论说,餐后血液和大脑中的氨基酸水平是一个非常重要的信号,它能让人产生饱腹感。发现大脑区域中心的脑室膜细胞能够直接感知氨基酸,并能够控制体重,具有重大意义,这是一个可以帮助人们控制体重的新靶点。

这一重大发现为创造更有效的饮食开辟了新的可能性(看来多吃蛋白质比如瘦肉能减肥,还是有道理的),在未来甚至可以通过直接激活大脑脑室膜细胞,绕过食物和消化系统来抑制人们的食欲。

参考资料:

[1]Lazutkaite G, Soldà A, Lossow K, et al. Amino acid sensing in hypothalamic tanycytes via umami taste receptors[J]. Molecular Metabolism, 2017.

[2]https://www2.warwick.ac.uk/newsandevents/pressreleases/brain_cells_that

[3]Mellinkoff S M, Frankland M, Boyle D, et al. Relationship between serum amino acid concentration and fluctuations in appetite[J]. Journal of applied physiology, 1956, 8: 535-538.

[4]https://en.wikipedia.org/wiki/Hunger_(motivational_state)

[5]Panksepp, J. and D.A. Booth, Decreased feeding after injections of amino-acids into the hypothalamus. Nature, 1971. 233(5318): p. 341-2.

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