控制饑餓的細胞影響前額葉皮層的結構和功能

下丘腦神經元(B)投射到腹側被蓋區(C)，這里的細胞發送連接到前額葉皮層(A)。通過這一通路，下丘腦中的AgRP細胞影響皮層結構和功能。

人類大腦的前額皮質區域負責一系列復雜的功能，從決策到特定類型的記憶。當大腦的這部分出現問題時，對認知和行為是非常不利的。事實上，前額葉皮層的功能障礙與多種精神疾病有關，包括精神分裂癥和重度抑郁癥。耶魯大學的研究人員和他們在匈牙利的同事發現，下丘腦的細胞——大腦中控制饑餓和體溫等功能的區域——在塑造小鼠前額葉皮層的結構和功能方面發揮了重要作用，這一發現可能為研究大腦這一區域在疾病中如何改變提供線索，并為治療開辟新的途徑。他們在7月29日的《Molecular Psychiatry》雜志上報告了他們的發現。

在這項研究中，研究人員集中研究了位于大腦下丘腦區域的AgRP神經元。這些神經元控制饑餓感，并調節攝食行為和非攝食行為，如尋求獎賞和親子結合等。當研究人員損傷小鼠的AgRP神經元時，他們發現前額葉皮層的神經元比健康動物的要少。

耶魯大學比較醫學Jean and David W. Wallace教授、該研究的資深作者Tamas Horvath說:“留下來的神經元比平時更小，對來自身體的線索和周圍細胞的信號做出不同的反應。”

AgRP神經元與大腦皮層沒有很強的直接聯系。但它們確實會投射到與前額皮質相連的其他大腦區域。Horvath和他的同事們發現，當AgRP神經元受損時，其中一個區域(即中腦腹側被蓋區)的神經元會過度活躍。這些過度活躍的神經元隨后在前額葉皮層釋放了比正常小鼠更多的多巴胺(一種神經遞質)，這反過來又對小鼠的行為產生了負面影響。例如，他們發現小鼠的活動更多，并且有異常的驚嚇反應。

Horvath說，這些控制饑餓感和進食的神經元會影響大腦皮層和行為，這是有道理的。他說:“當你餓的時候，你需要所有的行為都排好隊，這樣你才能找到食物并吃掉它。當你不再饑餓時，你必須改變自己的行為，專注于當時重要的事情。”

在發現受損的AgRP細胞對大腦皮層的影響后，研究人員試圖避免它們。他們發現，氯氮平——一種抑制多巴胺作用的抗精神病藥，用于治療精神分裂癥——如果在適當的時間給予，能夠預防包括神經元喪失在內的一些問題。Horvath說，當涉及到這些皮層變化時，時間是至關重要的。在這項研究中，大腦損傷在青春期開始出現，那時大腦還處于發育和脆弱階段。這也是氯氮平產生影響的時候。他說:“這告訴我們，如果你在那個特定的時期內玩弄自我平衡功能，比如節食或暴飲暴食，你的大腦皮層功能就會受到長期影響。”這一發育時期的重要性可能有助于了解精神疾病，這種疾病通常出現在青春期后期，以及為什么在這一時期的藥物使用會對行為、生理和疾病產生長期影響。

這些發現也可能為治療提供新的靶點。下丘腦中的AgRP細胞位于血腦屏障之外，血腦屏障是大腦的一個特征，可以保護大腦免受有害物質的傷害，并阻止許多藥物到達腦組織。“這意味著這些細胞很容易被干預，”Horvath說。“也許可以利用它們來改變大腦高級區域的紊亂。”

越來越多的證據表明，大腦皮層的功能受到大腦更原始區域和身體其他部位的影響，這項研究也提供了新的證據。Horvath最近展示了AgRP細胞如何通過肝臟介導影響大腦皮層。Horvath說:“這里的基本信息是，在大腦中，通過不同的途徑有非常分散的交流。像下丘腦這樣的原始區域通過無數的通信影響高級皮層區域，包括大腦過程，也包括周圍組織。讓我們回到Camillo Golgi和Ramón y Cajal之間的爭論，他們共同獲得了1906年的諾貝爾獎，但在大腦如何工作的原則上存在分歧。我們的研究結果似乎支持了Camillo Golgi被遺忘的觀點。”