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我们为什么想要吃饭？
“你为什么想要吃饭？”“因为我肚子饿了。”三岁小孩都会回答。那么我们为什么会有饿或饱的感觉呢？为什么肚子（胃）空了就感到饿，满了就觉得饱呢？显然，是因为我们体内有一个调节饿饱的机制，而控制感觉的中心，一定是位于中枢神经系统之中。生物学家很早就已经知道，在大脑腹面、丘脑的下方，有一块很小的区域——下丘脑控制着很多生理机能，包括体温、睡眠、内分泌、情绪反应、生殖、新陈代谢等等，也包括控制摄食。具有类似功能的脑细胞聚集在一起，称为神经核。下丘脑有许多种神经核，哪一些是和控制摄食有关的呢？ 我们可以用动物做两类相反的实验：刺激某团神经核，或破坏某团神经核，看动物各有什么反应。比如在下丘脑中，有一团神经核叫腹内侧核（这是根据其方位命名的），如果我们用微弱电流刺激老鼠的腹内侧核，老鼠就停止摄食，即使肚子空空，也不感到饿。但是，如果我们加大电流，用电击摧毁了老鼠的腹内侧核，老鼠就会一直处于饥饿之中，不停地吃饭，把自己吃成了一个大胖子，甚至胖得无法转身。这就证明了下丘脑的腹内侧核控制着动物的摄食，而且是一个饱足中心，告诉动物吃饱了。 在下丘脑中，另有一团叫做前庭下丘脑核的神经核对摄食起相反的作用，它是进食中心：如果刺激它，老鼠就开始摄食；如果把它摧毁，老鼠就开始绝食，直到饿死。有些人可能会想，如果我们把腹内侧核和前庭下丘脑核都破坏掉，会怎么样呢？实验结果表明，动过这种手术的老鼠也是绝食而亡。因此，腹内侧核起到的是抑制前庭下丘脑核的作用，如果前庭下丘脑核已经不存在，那么有没有腹内侧核不会产生什么不同了。 前庭下丘脑核刺激动物摄食，而腹内侧核又对前庭下丘脑核起抑制作用，这就是中枢神经调控动物摄食的基本机制。但是实际的情形要比这复杂得多。还有其他神经核也参与了这个过程。而且这些神经核也并非专门用于控制摄食，它们也同时控制着其他生理过程。例如破坏掉老鼠的腹内侧核，不仅刺激其摄食，也影响了其性行为和其他行为（例如，变得特别凶狠）。脑中的神经核用无数神经纤维联系在一起，组成了一个无比复杂的通讯网络，影响某个神经核的信号也会被传递到其他神经核，要清楚地分辨各个神经核的特定作用，是非常困难的。想想看，人脑有上千亿个神经元，每个神经元又与数万个其他神经元相连，这是一个多么复杂的系统，想要直接搞清楚其细节，是一个不可能完成的使命。 但是我们可以通过其他的办法，例如遗传学和生物化学的办法，来了解神经生理活动的一些细节。遗传学让我们能够发现和研究某种基因突变的后果，而生物化学让我们能够在分子水平上研究生理机制。在1950年，人们发现有一个品系的小鼠食欲过盛，变得非常肥胖，其体重能达到一般小鼠的两倍以上。经研究认为这是由于某一个基因发生了突变引起的，但当时对这个基因在哪里、具体有什么功能，都不清楚，只是简单地把它命名为“ob基因”（ob是英文obese——肥胖——的缩写），这个品系的小鼠被称为ob小鼠。后来又发现其他基因突变也能使小鼠食欲过盛，分别用不同的名称命名，其中比较重要的是1966年发现的db基因品系（db是英文diabetes——糖尿病——的缩写）。 那么究竟是什么因子使得这些突变小鼠食欲过盛呢？很容易想到的一个实验思路是，看看这些小鼠的下丘脑有什么化学分子过量。人们发现，胖小鼠的下丘脑中含有过量的神经肽Y。这种神经肽有许多生理功能，不过我们在这里关心的是它是否会影响摄食。的确如此，如果把神经肽Y注射到正常小鼠的脑中，它们就会食欲过盛，变得肥胖。看来小鼠肥胖的原因就是因为神经肽Y过量，我们已破解了这个肥胖之谜了？事情并没有那么简单。 在上个世纪60年代后期和70年代早期，美国生物学家科尔曼（Douglas Coleman）用ob和db这两个品系的胖小鼠做了一个联体实验：把两种不同的小鼠的血管连接在一起，创造出了两只共用血液循环的联体小鼠，这样，在某只小鼠血液中的物质，就会进入另一只小鼠的体内并产生影响。他的实验结果是这样的： 把两只正常小鼠联体，让其中一只过度摄食，导致另一只胃口不佳、体重减轻 把ob胖小鼠和正常小鼠联体：ob胖小鼠体重减轻 把db胖小鼠和正常小鼠联体：正常小鼠停止摄食、体重减轻 把ob胖小鼠和db胖小鼠联体：ob胖小鼠停止摄食、体重减轻，而db胖小鼠不受影响 这些实验告诉了我们什么呢？从第一个实验我们可以推测，一旦正常小鼠吃饱了，血液中就会有一种饱足因子，抑制食欲。从第二个实验我们可以推测，ob胖小鼠体内缺少这种饱足因子，因此摄食没有节制，一旦从正常小鼠血液中获得饱足因子，摄食就变得比较正常，体重也减轻了。从第三个实验我们可以知道，db胖小鼠体内分泌过量的饱足因子，因此抑制了正常小鼠的摄食。第四个实验也表明db胖小鼠分泌过量的饱足因子，抑制了ob胖小鼠的摄食。 把这些实验综合起来看，我们可以知道，ob胖小鼠食欲过盛的原因，是因为体内缺少一种饱足因子，也就是说生产饱足因子的基因（也就是ob基因）发生了突变，失灵了。而db胖小鼠食欲过盛却另有原因，它并不缺饱足因子（也就是说它的饱足因子基因是正常的），但是饱足因子对它不起作用，我们可以推测，这是由于本来应该和饱足因子相结合的一种受体有缺陷，没法与饱足因子结合，使得饱足因子不起作用，在体内累积下来。也就是说，db胖小鼠的饱足因子受体的基因（也就是db基因）发生了突变。 那么这种饱足因子究竟是什么呢？如果我们能够把ob基因分离、克隆出来，就可以知道了。1986年，另一位美国生物学家弗里德曼（Jeffrey M. Friedman）开始着手克隆这个基因。他的实验室整整花了八年，到1994年才把这个基因克隆出来。这个基因编码一种激素，弗里德曼将之命名为瘦素（leptin，原自希腊语leptos，意思是“瘦”），这就是ob胖小鼠缺乏，而db胖小鼠过量分泌的那种饱足因子。如果每天都给ob胖小鼠注射瘦素，ob胖小鼠在几天后摄食次数就急剧下降，而且能量消费增加，两周后体重减轻了30％。相反地，瘦素对db胖小鼠不起作用。在1996年，db基因也被克隆出来，像预测的那样，它的确编码瘦素受体。 人体也有瘦素，它是由脂肪细胞制造、分泌的。如果我们吸收的食物过多，就转化成脂肪储存在脂肪细胞中，使脂肪细胞变大。肥胖主要是由于脂肪细胞储存了脂肪之后变大引起的，而不是脂肪细胞数目增多，实际上我们在儿童时代脂肪细胞的数目就基本不变了。随着脂肪细胞变大，它开始分泌更多的瘦素，沿着血液循环抵达下丘脑，抑制神经肽Y的合成，也就抑制了食欲。相反地，如果人开始节食，脂肪细胞缩小，瘦素的分泌变少，下丘脑中神经肽增多，也就刺激了胃口。瘦素还有其他的生理功能，例如会影响性成熟。 研究清楚我们为什么想要吃饭的机制，不仅有重大的科学意义，而且有巨大的实用价值。在发达国家，肥胖是个重大的社会问题，比如在美国，大约有三分之一的人口有不同程度的肥胖，而全世界肥胖者据估计有三亿人之多。肥胖不仅影响体形美观，而且有害健康，容易患心血管疾病、糖尿病等多种疾病。因此，瘦素的发现引起了全社会的关注。人们马上想到的是，能不能用它做为减肥药？在1995年，瘦素才发现不久，加州一家生物技术公司就用2千万美元买下了瘦素基因的专利，第二年开始进行人体临床试验。第一期临床试验的结果表明注射瘦素似乎能使某些人的体重有所减轻，于是进入了更大规模的第二期临床试验，但是结果很不理想，它的减肥效果并不比安慰剂强。2002年，临床试验被终止。人们想要找到一种减肥妙药的梦想再次破灭了。 这是为什么呢？一个原因是，只有极少数的肥胖者是由于缺乏瘦素引起的（目前全世界只发现几个病例），对这些人来说，注射瘦素有非常显著的效果。但是，绝大多数肥胖者体内并不缺少瘦素，恰恰相反，他们的体内有过量的瘦素，他们食欲过盛的原因，并不是由于缺乏瘦素，而是由于对瘦素不敏感，这可能有许多因素，例如，瘦素进不了下丘脑，或者像db胖小鼠那样，瘦素受体有缺陷。 我们现在知道，除了瘦素和神经肽Y，还有许多其他的分子（例如促肾上腺皮质激素释放激素、胆囊收缩素）参与控制摄食。控制摄食的分子机制实际上比我们上面所描述的要复杂得多，而我们才刚刚开始有了一点了解。不过，现在多数研究者都同意，一个人的“正常”体重基本上是由遗传决定的。瘦素、神经肽Y和其他分子之间的相互作用，为一个人的体重和食欲确立了一个调定点，大致决定了一个人是胖是瘦，是胃口不佳还是食欲旺盛。肥胖是因为这个调定点较高。在人类进化史上，在食物缺乏的恶劣环境中，有一个较高的调定点实际上有生存优势，能够尽可能多地摄食储存脂肪防备饥荒。只不过在富裕的社会，优势变成了累赘而已。肥胖，是进化的遗产。 2004.2.17. 2018-02-21 方舟子 http://mp.weixin.qq.com/s/rJyz5JUM-K-BD8dxIEIvkA |
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