對包括人類在內的任何動物而言，進食與交配可以說是最基礎的兩類行為。而如何在這兩種行為之間進行決策、權衡優先級，對動物的生存、演化至關重要。但動物如何實現這樣的決策，卻是個未解之謎。
在一項發表於《自然》雜誌的研究中，美國加州大學聖地亞哥分校的王競教授團隊（包括博士后林暉皓和鄺美華）破解了這個謎題。他們發現果蠅在攝入富含氨基酸的食物后，將注意力從進食轉移至交配行為。這個行為轉換的關鍵在於腸道釋放的神經肽——利尿激素31（Dh31）。神經肽Dh31的發現為理解腦腸軸在進食行為之外的作用打開了全新窗口。
“令我們感到意外的是，僅僅一個分子就能對個體的行為決策產生如此巨大的影響，”王競教授說，“我們的研究從機理上解釋了Dh31如何作用於大腦，進而改變這兩個對於演化至關重要的行為驅動力。”
研究團隊發現，飢餓的雄性果蠅在面對食物與雌性果蠅時，會選擇優先進食。進食氨基酸或高蛋白食物的果蠅遠比進食蔗糖的果蠅要更快速、更強烈地開始求偶行為，這個行為的轉換往往發生在短短几分鐘之內。這一結果說明，氨基酸通過某種途徑迅速激活了與求偶行為相關的神經通路。
究竟是什麼信號分子在操控這個行為切換的開關？已有的研究發現，在哺乳動物中，胃腸道的內分泌細胞釋放的一些飽腹激素能促進生殖行為，研究團隊因此從果蠅的內分泌細胞中着手尋找線索。他們發現，果蠅在攝入氨基酸后，腸道內分泌細胞會釋放Dh31。
為了驗證這個發現，研究團隊藉助CRISPR敲除果蠅調控Dh31的基因，這時果蠅即使攝入了氨基酸，交配的比例也沒有提升；而在另一組實驗中，在激活表達Dh31的內分泌細胞之後，果蠅立馬投入求偶行為。
對Dh31信號的進一步溯源確認，起到催欲作用的Dh31源自果蠅的腸道，而不是想象中的腦部。藉助三光子鈣成像技術，研究團隊證實，神經肽Dh31從腸道中釋放之後，通過循環系統，在幾分鐘之內便能抵達大腦，這就解釋了從進食到求偶的快速行為轉變。
▲從進食到交配的轉變，需要腸道的Dh31和Dh31受體（圖片來源：參考資料[1]）
而在進入大腦之後，Dh31可以激活兩類表達Dh31受體的神經元，進而通過兩條獨立的神經通路影響果蠅的行為：一類神經元抑制進食行為；另一類則促進求偶行為。
“研究結果表明，信號分子Dh31會改變這兩個對立行為的優先級：缺少Dh31時，進食佔據上風；但當腸道釋放Dh31之後，求愛行為則成為首要任務。” 王競教授說。
那麼，這項在果蠅中的發現，對於哺乳動物是否適用呢？此前有研究發現，在哺乳動物體內，一種神經肽分子對於清醒與睡眠狀態（包括快速眼動睡眠與非快速眼動睡眠狀態）的轉換起到類似的調控作用。
對於腸道激素在進食之外的作用，目前仍有大量研究有待完成。這項研究發現的通路是否適用於哺乳動物，也需要更多的研究。未來的研究將嘗試理解，微生物如何影響腦-腸交互。
參考資料：
[1] Lin， HH。， Kuang， M.C。， Hossain， I。 et al。 A nutrient-specific gut hormone arbitrates between courtship and feeding。 Nature （2022）。 https：//doi.org/10.1038/s41586-022-04408-7
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