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作者与发表信息

该研究由Pingping Wang、Yinjun Jia、Ting Liu、Yuh-Nung Jan和Wei Zhang等人共同完成。作者分别来自清华大学-IDG/麦戈文脑科学研究院、清华大学-北京大学联合生命科学中心，以及美国加州大学旧金山分校霍华德·休斯医学研究所。研究于2020年11月25日发表在期刊《Neuron》上，标题为“Visceral Mechano-Sensing Neurons Control Drosophila Feeding by Using Piezo as a Sensor”。

学术背景

该研究的主要科学领域是神经生物学和昆虫行为学，特别是果蝇（Drosophila）的摄食行为调控机制。研究背景包括：动物的摄食行为不仅受外部感觉线索（如食物的味道）和内部代谢状态的影响，还可能依赖于肠道神经元对机械刺激的感知。此前的研究表明，胃肠道（GI tract）的机械刺激在哺乳动物中通过迷走神经传递到大脑，调控摄食行为。然而，关于机械感知在摄食调控中的作用，尤其是在果蝇中的机制，仍知之甚少。该研究旨在揭示果蝇肠道机械感知神经元如何通过Piezo通道（一种机械敏感离子通道）调控摄食行为。

研究流程

研究分为多个步骤，具体如下：

1. Piezo通道在摄食调控中的作用验证
   研究人员首先通过实验验证了Piezo通道在果蝇摄食行为中的关键作用。他们使用了Piezo基因敲除（piezoko）的果蝇，发现这些果蝇在摄食时会过度进食，导致肠道过度膨胀甚至破裂。为了进一步验证这一现象，研究人员使用了RNA干扰技术（RNAi）在野生型果蝇中敲低Piezo表达，发现同样出现了过度进食的现象。此外，通过在Piezo敲除果蝇中表达果蝇或哺乳动物的Piezo1蛋白，成功恢复了正常的摄食行为。

2. Piezo+神经元的定位与功能研究
   研究人员使用Piezo-Gal4标记技术，发现了一组表达Piezo的神经元，这些神经元位于果蝇大脑的pars intercerebralis（PI）区域，并直接支配果蝇的嗉囊（crop，果蝇的胃等效器官）。这些神经元还表达胰岛素样肽（insulin-like peptides, ILPs），已知这些肽类在调控摄食和代谢中起重要作用。通过进一步实验，研究人员确认这些Piezo+神经元在嗉囊膨胀时被激活，从而传递饱腹信号以抑制进一步摄食。

3. Piezo+神经元的机械敏感性验证
   为了验证这些神经元对机械刺激的敏感性，研究人员使用钙成像技术（calcium imaging）监测了嗉囊膨胀时Piezo+神经元的活性。结果显示，嗉囊膨胀会直接激活这些神经元，而在Piezo敲除果蝇中，这种激活现象消失。此外，通过热遗传学（thermogenetics）和光遗传学（optogenetics）技术，研究人员进一步证实了这些神经元在摄食调控中的必要性和充分性。

4. 下游神经回路的研究
   研究人员还探讨了Piezo+神经元如何通过下游神经回路调控摄食行为。他们发现，这些神经元的投射与已知的摄食调控神经回路（如subesophageal zone, SEZ中的神经元）存在重叠，表明这些神经元可能通过直接突触输入或肽类释放来调控摄食。

主要结果

1. Piezo通道的摄食调控作用
   Piezo敲除果蝇表现出显著的过度进食行为，且这种行为与食物的味道或营养价值无关。通过表达果蝇或哺乳动物的Piezo1蛋白，可以恢复正常的摄食行为，表明Piezo通道在摄食调控中具有进化保守性。

2. Piezo+神经元的机械敏感性
   钙成像实验显示，嗉囊膨胀会直接激活Piezo+神经元，而在Piezo敲除果蝇中，这种激活现象消失。这一结果证实了这些神经元对机械刺激的敏感性。

3. Piezo+神经元的摄食调控功能
   通过热遗传学和光遗传学技术，研究人员发现，抑制或激活Piezo+神经元会分别导致过度进食或摄食减少，进一步证明了这些神经元在摄食调控中的关键作用。

结论

该研究揭示了果蝇中一组表达Piezo的神经元如何通过感知嗉囊的机械膨胀来调控摄食行为。这些神经元使用Piezo作为机械传感器，能够快速传递饱腹信号，从而避免过度进食。这一发现不仅为理解果蝇摄食行为的神经机制提供了新的视角，还为研究其他物种（包括哺乳动物）中机械感知在摄食调控中的作用提供了重要线索。

研究意义

1. 科学价值
   该研究首次揭示了果蝇中机械感知神经元在摄食调控中的具体机制，填补了该领域的知识空白。此外，研究还表明Piezo通道在这一过程中具有进化保守性，提示类似的机制可能在哺乳动物中也存在。

2. 应用价值
   该研究为开发针对摄食障碍（如暴食症或厌食症）的新型治疗方法提供了潜在的理论基础。通过调控机械感知神经元或其下游回路，可能有助于控制摄食行为。

研究亮点

1. 重要发现
   研究发现了一组表达Piezo的神经元，这些神经元通过感知嗉囊的机械膨胀来调控摄食行为，为理解摄食调控的神经机制提供了新的视角。

2. 方法创新
   研究结合了多种先进技术，包括RNA干扰、钙成像、热遗传学和光遗传学，为研究神经回路的调控机制提供了强有力的工具。

3. 研究对象的特殊性
   研究以果蝇为模型，利用其简单的神经系统和丰富的遗传工具，成功揭示了机械感知在摄食调控中的关键作用。

其他有价值的内容

研究还探讨了Piezo+神经元与其他摄食调控神经回路的关系，为进一步研究摄食行为的复杂调控网络提供了方向。此外，研究还提出了机械感知与激素调控在摄食行为中的协同作用，为未来研究提供了新的思路。