选面包还是爱情，由肠道激素决定？|受体|果蝇|神经肽|细胞|肠道菌群

（图源：cbc.ca）

邱媛媛供稿

爱情和面包如何选择？动物也同样面临这个问题，它们通常每次表现出一种行为，必须有相应的机制设置行为优先级，并在适当的时候从一种行为切换到另一种行为。这种选择机制是什么呢？

美国加州大学圣地亚哥分校的王竞教授团队发现，果蝇在饥饿时会优先进食而不会求偶，摄入富含氨基酸的食物就会“温饱思淫欲”。这个行为转换的关键在于肠道释放的神经肽——利尿激素31（Dh31），神经肽Dh31的发现为理解脑肠轴在进食行为之外的作用打开了全新窗口。相关研究于2022年 2月9日发表在《自然》杂志。

果蝇的进食与求偶行为

进食和求偶间的自适应优先级对于进化适应度的最大化至关重要，进食时间过长可能导致生殖机会丧失，进食不足可能降低生殖产量，从而降低进化适应性。了解动物如何设置行为优先级，需要研究相关动机系统之间的相互作用。为解决这个问题，研究人员设计实验监测果蝇的进食与求偶行为。

饿过24小时的雄性先进食后求偶，未在饥饿状态下生存的雄性，几乎都是直接选择求偶（蓝为进食，黄色为求偶，黑色为交配）（图源：Nature）

实验结果显示，不饥饿的果蝇很少或根本不花费时间在进食上，在监测的30分钟内全部用来求偶。饥饿1天的果蝇会暂缓求偶，花费几分钟时间进食酵母。该结果表明，在饥饿的雄性中进食优先于求偶，食物补给迅速扭转了这一顺序。当食物替换成蔗糖后，饥饿的果蝇大部分时间都在进食，表现出稀疏的求偶活动。

左为食物换成蔗糖，右为食物换成氨基酸（图源：Nature）

酵母替换成氨基酸时，果蝇的表现与食用酵母时相同，且氨基酸浓度越高、饥饿时间越短，进食时间越短。这些结果表明，氨基酸对饥饿的雄性有壮阳作用。调节进食向求爱行为转换的开关是什么呢？

求爱开关——Dh31

已有研究表明，哺乳动物的一些饱腹激素会促进生殖行为，可能是调节求爱行为的信号分子。饱腹激素（如胆囊收缩素CCK和胰高血糖素样肽1GLP1）由哺乳动物肠内分泌细胞释放，果蝇的肠道内分泌细胞也能表达一系列的神经肽。值得注意的是，摄入氨基酸可以增加果蝇肠道内分泌细胞中Dh31的钙水平。

研究人员对氨基酸的促求偶作用是否需要Dh31进行研究，结果发现当两个竞争的雄性都携带Dh31突变（相当于改变钥匙），摄入氨基酸不再增加交配率。当使用CRISPR-Cas9基因组编辑技术敲除了Dh31受体基因（相当于破坏锁），消除了氨基酸的作用。锁和钥匙缺一不可，Dh31信号在氨基酸促求偶作用中是必需的。

两只果蝇在实验中交配（图源：cbc.ca）

Dh31是一种利尿激素，在成年果蝇中广泛表达，包括大脑神经元和腹神经索（VNC）以及胃肠道的肠内分泌细胞。然而，敲除大脑中的Dh31基因对促求偶作用并无影响，Dh31作为信号分子在细胞之间传递信息。研究人员发现，在摄取高蛋白后，Dh31激素含量就会上升，可能是氨基酸激活了Dh31肠道内分泌细胞。

Dh31工作原理

研究人员借助三光子钙成像技术进一步探究Dh31的潜在工作原理，神经肽Dh31从肠道中释放，通过循环系统在几分钟之内抵达大脑，激活大脑中表达Dh31受体的神经元，这就解释了从进食到求偶的快速行为转变。果蝇大脑中存在2种表达Dh31受体的不同神经元群，其中一组通过神经肽 allatostatin-C 抑制进食，这种物质与抑制生长有关，很像人体的生长抑素；另一组通过神经肽 corazonin 促进求爱。

研究表明，信号分子Dh31会改变这两个对立行为的优先级：缺少Dh31时，进食占据上风；但当肠道释放Dh31之后，求爱行为成为首要任务。对于肠道激素在进食之外的作用，目前仍有大量研究有待完成。这项研究发现的通路是否适用于哺乳动物，也需要更多研究证实。

雄性果蝇在食用富含蛋白质的食物后，迅速从觅食行为转变为求偶行为。氨基酸触发神经肽 Dh31 从肠道释放，进而激活大脑中表达 Dh31受体的神经元，以终止进食并通过两个平行电路启动求爱。（图源：eurekalert.org）

脑-肠互动听起来有点不可思议，经过多年研究，科学家提出“脑肠轴”的概念：人类实际上有两个大脑，除了我们熟悉的大脑之外，另一个称为“肠脑”。已有研究证实，肠道菌群可以影响宿主的大脑发育和行为举止；大脑也会改变肠道菌群的结构和比例，破坏菌群平衡。

2022年2月3日，发表在《自然遗传学》文章中的研究显示，肠道细菌中的Morganella （摩根氏菌属）会增加重度抑郁症的患病风险。肠道菌群与脑肠轴的研究目前还处在萌芽阶段，但在不久的将来，通过改善肠道激素水平和菌群，或许有望成为治疗精神、神经系统疾病的重要辅助手段。

参考文献：