科研 | Nature：果蝇中微生物-肠-脑轴对氨基酸缺乏的反应( 二 )

Ir76b（一种化学感觉离子型受体）标记味觉感觉神经元，已经显示出一些味觉感觉神经元可以对环境中氨基酸作出反应，并调整对食物的偏好性。但是，我们发现，在二选法中（1- EAA与D-EAAs）， Ir76b +神经元被灭活的果蝇的行为反应与对照果蝇的行为反应是无法区分的。此外，大多数味觉细胞已转化为其他细胞类型的poxn突变体在二选分析中显示出正常的行为反应。继而，我们探究了大脑中表达Dh44 的神经元在L-EAA选择中的作用。该神经元可以检测糖含量，此前研究表明它对低水平的氨基酸也能作出响应。然而，表达Dh44 的神经元被沉默的果蝇表现出的行为反应与对照果蝇没有显著差异。这些结果表明，在蛋白质剥夺果蝇中，先前已知的营养物感受器不参与对L-EAA的代偿性选择偏好（详见原文补充材料）。由于肠道是营养物质进入人体的入口，我们假设肠道细胞直接对管腔中的EAAs含量变化做出反应。为了检验这一假设，我们监测了饮食中氨基酸的变化如何改变了不同肠道激素的表达。氨基酸缺乏显著上调了CNMa mRNA的表达（图1d）。相反，给果蝇补充富含酵母的饮食， CNMa转录水平成比例下调。利用含CNMa报告基因的果蝇（CNMa-Gal4> UAS-GFP）发现， CNMa的表达在前中肠被诱导，主要在R2区。通过免疫组化验证了该区域中CNMa蛋白的表达（图1e）。我们进一步证明， R2区的肠上皮细胞是表达CNMa的主要细胞类型（图1e）。且肠内CNMa的表达和对EAAs的偏好是由EAA剥夺（非NEAA剥夺）而特异性诱导的（图1f），进一步证明肠上皮细胞对EAAs缺乏有反应，而对NEAAs缺乏无反应。使用CaLexA报告系统，我们还发现，表达CNMa的肠上皮细胞胞质中钙离子水平因 EAA缺乏（非NEAA缺乏）而增加（图1f）。这些结果表明，表达CNMa的肠细胞作为营养物质感受细胞特异性地对EAA缺乏做出反应。值得注意的是，相比对照果蝇而言，即使缺少单一一种L-EAA的全纯饲养（holidic diet）果蝇也表达较高水平的CNMa ，较高的胞内钙离子水平和对L-EAAs更大的饮食偏好（图1g）。

本文插图

图1. 不依赖于味觉，氨基酸缺乏可代偿性促进EAA食欲，并刺激肠道中CNMa表达。
a-c ，在指定的时间（5、24、48和72小时）内，喂食（-）或被剥夺氨基酸（AA）的w 1118交配雌蝇的二选偏爱。果蝇L-EAA和D-EAA（a）， L-EAA + D-NEAA 和 D-EAA + D-NEAA （b）或 D-EAA + L-NEAA 和 D-EAA + D-NEAA （c）之间做选择。所有测试食品均含有D-葡萄糖。 d ，饲喂含10％酵母的琼脂（无剥夺）的果蝇与仅饲喂100 mM葡萄糖24小时（AA剥夺）的果蝇的肠肽标准化mRNA表达水平（