科學家揭示了大腦中「飢餓開關」的秘密

一個三維結構揭示了我們大腦中一個獨特的分子開關是如何使我們產生飽腹感的,這一發現可能有助於開發改進的抗肥胖藥物。無論吃多少東西都一直處於飢餓狀態,對於大腦食慾控制方面存在遺傳缺陷的人來說是一種日常斗爭,而且他們往往以嚴重肥胖而告終。

在2021年4月15日發表在《科學》上的一項研究中,魏茲曼科學研究所的研究人員與來自倫敦瑪麗女王大學和耶路撒冷希伯來大學的同事一起,揭示了大腦中飢餓主開關的作用機制:黑皮素受體4,或簡稱MC4受體。

他們還闡明了這個開關是如何被setmelanotide(Imcivree)激活的,這種藥物最近被批准用於治療由某些基因變化引起的嚴重肥胖症。這些發現對調節飢餓的方式有了新的認識,並可能有助於開發更好的抗肥胖藥物。

科學家揭示了大腦中「飢餓開關」的秘密

MC4受體存在於一個叫做下丘腦的大腦區域,在一個神經元群內,該神經元通過處理各種能量相關的代謝信號來計算身體的能量平衡。當MC4被激活或 “開啟 “時它發出指令,使人們感到飽腹,這意味著從大腦的角度來看,我們的默認狀態是飽腹,而當我們的能量水平下降時,下丘腦集群產生一種 “進食時間 “激素,使MC4受體失活或關閉,發出 “變得飢餓”的信號。在我們進食後,第二種 “我吃飽了 “的荷爾蒙被釋放。它與MC4上的同一活性部位結合,取代飢餓激素並使受體重新開啟,使我們回到飽腹的默認狀態。而MC4失活的突變就是導致一部分人不斷感到飢餓的原因。

MC4是抗肥胖藥物的主要目標,如setmelanotide正是因為它是一個開關:打開它可以控制飢餓,同時繞過所有其他與能量有關的信號。但直到現在,人們還不知道這個飢餓開關到底是如何工作的。

科學家揭示了大腦中「飢餓開關」的秘密

新的研究從一個家庭的困境開始,其中至少有八個成員被持續的飢餓感所困擾,他們都是嚴重的肥胖者–其中大多數人的身體質量指數超過70,也就是說,大約是標准值的三倍。令人感到震驚的是,這個家庭的困境是由於家族中的一個基因突變造成的:一個影響MC4受體的突變。觀察結果顯示,setmelanotide通過進入MC4受體的結合部位激活MC4受體,也就是說,它直接擊中發出飽腹感信號的分子開關,甚至比天然的飽腹感荷爾蒙更有效。事實證明,該藥物還有一個令人驚訝的幫手:一種鈣離子加強了藥物與受體的結合。在生化和計算實驗中,科學家們發現,與該藥物類似,鈣也能協助天然的飽腹感荷爾蒙。

MC4的結構還顯示,該藥物的進入導致受體的結構變化;這些變化似乎啟動了神經元內的信號,導致飽腹感的產生。該研究已經解釋了MC4受體的突變如何能夠干擾這種信號傳遞,從而導致永無止境的飢餓,並最終導致肥胖。

科學家揭示了大腦中「飢餓開關」的秘密

由MC4受體(藍色)和它激活的幾種蛋白質形成的復合物的三維結構,MC4的結合袋中有一個Setmelanotide分子(粉紅色)和一個鈣離子(綠色)。資料來源:魏茨曼科學研究所

此外,科學家們已經確定了使MC4與同一家族的類似受體有關鍵區別的熱點。這應該使我們有可能設計出只與MC4結合的藥物,避免與其他受體相互作用可能造成的副作用。

“Shalev-Benami說:”我們的發現可以幫助開發出更好、更安全的抗肥胖藥物,這些藥物將更精確地針對MC4。

來源:cnBeta