《自然》:代糖骗不过肠道!科学家首次揭示代糖与糖不同的神经生物学机制,破解“糖瘾”之谜丨科学大发现

《自然》:代糖骗不过肠道!科学家首次揭示代糖与糖不同的神经生物学机制,破解“糖瘾”之谜丨科学大发现

夏天又快到了,保温杯里又该装上冰阔乐了。不过疫情期间,宅在家了那么久,身上肥肉见长,可乐还是喝无糖的吧。

但这无糖可乐,气也够足,甜味也有,喝下去却总觉得缺点啥,跟普通可乐还是不一样,没内味。

近日,哥伦比亚大学的Hwei-Ee Tan和Charles S. Zuker等研究发现,除了在舌头上产生甜味,葡萄糖还能直接作用在肠道,通过脑肠轴,不依赖味觉而产生对糖的偏好。这一途径恰恰是安赛蜜等人工甜味剂所缺少的。该研究发表在Nature上[1]。

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(来自pixabay.com)

甜味基本上是最受欢迎的味道了,在美国,糖的人均年消费量已经超过了45公斤[2]。甜味意味着糖,意味着大多数生物的主要能量来源。

甜味由舌头和上颚上的甜味受体感受[3]。不过研究发现,敲除了甜味受体,尝不到甜味的小鼠,依然会产生对糖的偏好[4]。本身就缺乏甜味感受器的猫,有时也会跟铲屎官要糖吃。

另外,人类为了享受甜味的同时避免吃糖太多发胖,开发出了许多种低热量的甜味剂。尽管这些甜味剂能像糖一样结合激活甜味受体,产生甜味,但却不能像糖一样让小鼠产生长期的行为偏好[5]。

莫非除了舌头上的甜味感受器,机体还有其它感受糖的途径?

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(来自pixabay.com)

研究人员先是给小鼠提供了一瓶糖水和一瓶自来水,如预期的那样,野生型的小鼠嗜甜,几乎只会去喝糖水。

而小鼠在面对糖水和甜度相当的人工甜味剂安赛蜜溶液时,有意思的事情发生了。最初,小鼠在两者之间没有什么偏好,饮用糖水和安赛蜜溶液的次数差不多。但到了1天后,小鼠就几乎只会去喝糖水了。甚至敲除了甜味受体,尝不到甜味的小鼠,1天后也会明显的偏好糖水

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小鼠最开始对糖和甜味剂没什么偏好,一天后几乎只喝糖水

而且研究人员发现,这种对糖的偏好并不是出于糖中所含的热量。使用一种机体无法代谢,不能产生热量的葡萄糖类似物——甲基-α-D-吡喃葡萄糖苷(MDG),也可以像葡萄糖一样,让小鼠对其产生偏好

不是靠味道也不是靠热量,那糖类是如何让小鼠产生偏好的呢?

研究人员在小鼠喝下糖水、安赛蜜溶液或水之后,检测了小鼠大脑中的神经活动。研究发现,饮用糖水后,小鼠的孤束核尾侧部(cNST)有明显兴奋,而饮用安赛蜜溶液和水之后,这部分脑区的活动很弱

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喝糖水或MDG溶液后,小鼠cNST明显兴奋

孤束核尾侧部被认为负责接收身体里内感受器的信号,来自消化道、呼吸道和心血管等处的各种信息,经迷走神经传入大脑后,都要经过cNST的汇总整理[6]。糖的信息,自然最可能来自消化道。

为了明确是哪一段消化道感受到了糖,研究人员直接把导管插入了小鼠十二指肠球部,并在其下方大约12cm打开一个出口让糖水流出,相当于截取了小鼠的十二指肠和一部分空肠。在向这一段肠道中灌入糖水或MDG溶液后,小鼠cNST都产生了明显的兴奋,而切断迷走神经后,糖水引起的cNST兴奋也消失了

进一步的研究显示,肠道中感受糖的,正是用来吸收葡萄糖的SGLT-1。而不通过SGLT-1吸收的果糖和半乳糖,也不能引起cNST的兴奋

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果糖和半乳糖不引起cNST兴奋

也就是说,除了舌头上感觉到的甜味外,葡萄糖还可以被肠道中的SGLT-1感受,通过迷走神经引起cNST兴奋,产生对糖的偏好

而研究人员也通过定向表达破伤风毒素,抑制这些传递糖信号的神经元,让小鼠在可以正常品尝甜味的同时,不会在糖和甜味剂间产生对糖的偏好。或许从中,我们可以找到减少不健康糖消费的新方法。比如既有甜味,又能刺激SGLT-1,还没热量的MDG,没准能成为新一代“味道”更好的甜味剂。

在接下来的研究中,研究人员计划进一步研究肠道中这一感受糖的神经通路,与大脑中管理奖励、进食、情感等等其它部分的联系,以更好地理解喜欢吃糖的根源。

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参考文献:

1. TAN H-E, SISTI A C, JIN H, et al. 2020. The gut–brain axis mediates sugar preference. Nature [J].

2. https://www.ers.usda.gov/data-products/sugar-and-sweeteners-yearbook-tables/#U.S.%20Consumption%20of%20Caloric%20Sweeteners

3. Nelson G, Hoon M A, Chandrashekar J, et al. Mammalian sweet taste receptors[J]. Cell, 2001, 106(3): 381-390.

4. Sclafani A, Marambaud P, Ackroff K. Sucrose-conditioned flavor preferences in sweet ageusic T1r3 and Calhm1 knockout mice[J]. Physiology & behavior, 2014, 126: 25-29.

5. Sclafani A, Zukerman S, Ackroff K. Postoral glucose sensing, not caloric content, determines sugar reward in C57BL/6J mice[J]. Chemical senses, 2015, 40(4): 245-258.

6. Berthoud H R, Neuhuber W L. Functional and chemical anatomy of the afferent vagal system[J]. Autonomic Neuroscience, 2000, 85(1-3): 1-17.

头图来自pixabay.com

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本文作者 | 孔劭凡

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