科研 | Nature：果蝇中微生物-肠-脑轴对氨基酸缺乏的反应

导读蛋白质、碳水化合物和脂肪等常量营养素的均衡摄入对于生物体的健康至关重要。摄入足够的热量但蛋白质不足可能导致多种疾病，包括蛋白质缺乏症（kwashiorkor）。味觉受体（T1R1-T1R3）可以检测环境中的氨基酸，而细胞感受器（Gcn2和Tor）可以监测细胞内的氨基酸水平。当饮食中缺乏蛋白质时，动物会选择含有较大量蛋白质或必需氨基酸（EAAs）的食物作为来源。这表明食物选择的目的在于实现特定常量营养素的目标量，这是在EAA缺乏诱导的特异性反应的帮助下实现的，而人们对此知之甚少。我们在果蝇中发现，微生物-肠-脑轴检测到EAAs缺乏，并刺激增加对EAA的食欲。蛋白质不足诱导前中肠肠上皮细胞中神经肽CNMamide（CNMa）的高度表达。在蛋白质缺乏的果蝇中，沉默CNMa-CNMa受体轴阻断了EAA缺乏诱导的特异性代偿反应。此外，带有产EAA共生微生物的悉生果蝇对EAA的食欲降低。相比之下，带有不产亮氨酸或其他EAA的突变微生物的悉生果蝇表达较高的CNMa水平且对EAAs有较大食欲。我们由此提出肠上皮细胞感受饮食和微生物来源的EAA水平，并通过CNMa将EAA缺乏的状况传达给大脑。
论文ID

原名：Response of the microbiome–gut–brain axis in Drosophilato amino acid deficit
译名：果蝇中微生物-肠-脑轴对氨基酸缺乏的反应
IF：42.778发表时间：2021.5.5
通讯作者：Won-Jae Lee
通讯作者单位：首尔国立大学全基因组学国家创新研究计划中心与生物科学学院
实验设计

本文插图

结果
1 氨基酸缺乏可代偿性增加EAA食欲，并刺激肠道中CNMa表达我们研究了长期缺乏饮食氨基酸的成年果蝇是否能够选择含有EAA的食物。我们给缺乏氨基酸的果蝇以下食物选择，这些食物分别混合在葡萄糖琼脂培养基中：10 L-EAAs（可以代谢，但不能体内合成）， 10 D-EAAs（不能代谢）， 10 L-非必需氨基酸（L-NEAAs）和/或10 D-NEAAs 。缺乏氨基酸的雌蝇强烈地偏爱含有L-EAAs而非D-EAAs的培养基，而不缺乏氨基酸的雌蝇没有表现出这种偏爱（图1a）。这种氨基酸缺乏所诱导的选择性在雄性和处雌蝇中同样存在。在含有L-EAAs和D- NEAAs与含有D-EAAs和D- NEAAs的葡萄糖琼脂培养基中作出选择时，被剥夺氨基酸两天的果蝇显示出对含L-EAAs和D- NEAAs的培养基的偏爱（图1b）。相比之下，被剥夺氨基酸的果蝇在含D-EAAs和L-NEAAs与含D-EAAs和D-NEAAs的葡萄糖琼脂之间进行选择时，没有表现出任何偏爱（图1c）。这些结果表明，蛋白质剥夺果蝇偏好L-EAAs ，而非L-NEAAs 。当进食等热量但膳食酵母（果蝇的主要氨基酸来源）含量不同的饮食时，接受低到中等量膳食酵母（0-4％）的果蝇仍然优选L-EAAs胜过D-EAAs ，而接受更大量酵母（6-20％）的果蝇没有表现出对L-EAAs的偏爱。这些数据支持如下假说：膳食氨基酸摄入不足代偿性地促进果蝇对L-EAAs的食欲。检测饮食中EAAs缺乏并作出响应的器官或细胞类型目前尚不清楚。我们通过研究味觉感觉神经元在促进蛋白质缺乏果蝇对EAA的代偿性食欲中的作用来开始探究这一问题。通过