本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
欢迎本月的Scicurious 客座作家 Zarja Muršič！！
想象一下，现在是星期天早上。在这一天，你终于可以在早上空闲下来，有时间去享用你的特大号早餐了，那份你可能应该每天都吃的早餐。你坐下来享用一份大份的丹佛煎蛋卷，或者你可能喜欢水果燕麦粥，又或者是一根美味的法式长棍面包，配上黄油、橘子酱或蜂蜜。你感觉一开始你可能会吃很多，但在吃了几块之后，你就已经吃饱了。虽然你看到了眼前食物的美丽，而且它仍然味道很好，但有什么东西在说“停止”。
你有没有想过是什么告诉你的大脑，你的胃已经饱了？
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很明显，原因并非来自外部。它不在于大众媒体的狂轰滥炸，这些媒体竞相为你提供关于早餐吃什么和吃多少的建议。我们不会暴饮暴食还有另一个原因，一个来自我们自身身体的信号。老鼠和其他动物不看杂志或电视，但在大多数情况下，它们不会暴饮暴食。老鼠和人类在大多数情况下都知道何时足够，并且有身体信号来停止进食。一种激素，瘦素，是关键。
瘦素是一种蛋白质激素，由白色脂肪组织或身体脂肪产生和分泌，并在血液中循环。它作用于许多外周组织，也可以穿过血脑屏障进入大脑。科学家们最初发现瘦素是因为它在下丘脑内的活动，可以抑制食物摄入，减少食欲，并减少身体脂肪 (4-6, 12)。下丘脑是中枢神经系统的一部分，位于大脑的“底部”，脑干上方和丘脑下方。
(来源)
它影响许多身体功能。其中之一是体内平衡。体内平衡是指调节生物体内部环境的所有过程。它使我们感到冷或热，清醒或困倦。体内平衡也涉及的一个方面是能量的调节，我们摄入多少食物，以及我们消耗多少能量。这涉及到瘦素，这种蛋白质负责确保你的身体获得足够的早餐，并确保其能量水平处于平衡状态。
瘦素有多重要？对基因改造的小鼠品系的研究表明，这些小鼠缺乏瘦素的产生，因此无法减少食物摄入，容易患肥胖症和糖尿病 (8)。这些小鼠的脂肪细胞存在基因缺陷，阻止它们分泌瘦素，没有瘦素，它们就没有停止进食的信号，所以它们不断进食，变得非常肥胖。
所以，也许你吃了煎蛋卷的一半，或者一大碗燕麦粥，你的身体开始产生瘦素，发出信号告诉你已经吃饱了。这可能是你星期天早餐的全部故事，但瘦素还没有完成它的工作。也许你不是自己做的煎蛋卷，而是在路边的一家小早餐店买的。如果你还记得那家早餐店在哪里，你可能会再次去那里。瘦素在这里也发挥着作用。我们的身体非常高效，会将一种激素用于多种用途。就瘦素而言——如果这种激素可以做一件事，它也可以被调整来做另一件事，在这种情况下，瘦素在认知中也发挥着作用。
科学家们开始深入研究大脑，发现瘦素受体，即激素可以结合的细胞表面的蛋白质，不仅存在于下丘脑中以调节食欲，而且也存在于中枢神经系统的其他一些部分，包括皮层和海马体。这些大脑区域在我们的认知过程中发挥作用，例如记忆和学习。一些研究人员甚至在中枢神经系统的某些区域发现了瘦素 mRNA（将用于制造瘦素的信使 RNA）和蛋白质 (11)，这意味着瘦素不仅由脂肪细胞产生和释放，而且也在大脑中产生和释放。
早餐、食欲、瘦素、大脑和认知；瘦素与认知，即我们的思考能力有什么关系？这其中有一个过去的故事。
在我们的历史中，我们的饮食、我们的日常生活方式、狩猎和寻找食物，在塑造我们的认知能力和大脑进化方面发挥了重要作用 (3)。如果瘦素参与了一些使我们的认知能力（如记忆和学习）成为可能的细胞机制，这对动物来说也是一个积极的优势。瘦素可以让我们制定策略来寻找和记住可以找到食物的地方 (13)。这使我们将当今的饮食与我们的思考和记忆方式联系起来。
瘦素与认知之间的联系在中枢神经系统的早期发育中就开始了。瘦素会影响我们大脑的发育大小，这是一项重要的任务，因为大脑发育不足可能意味着解决认知任务时会出现问题。重要的证据来自瘦素缺乏的啮齿动物模型。它们不仅会变得肥胖，而且大脑也更小。当研究人员添加回瘦素后，大脑重量增加了 (1)。这些大脑发育的改变甚至在子宫内就显而易见，子宫内瘦素缺乏的小鼠大脑更小，而补充瘦素后，发育期间的大脑尺寸增加 (17)。显然，瘦素有助于大脑变大。同样，在患有瘦素缺乏症的人类中，补充瘦素也会导致大脑结构发生巨大变化 (10)。
在老年人群中，低瘦素水平与认知障碍之间存在关联，这对老年人产生了严重影响 (7, 12)。此外，虽然低水平的瘦素可能意味着大脑较小，但高水平的瘦素可能有助于拯救神经元免于过早死亡。特别是，研究表明，瘦素可以诱导神经营养信号，促进与衰老相关的神经退行性疾病（包括帕金森病和阿尔茨海默病）中神经元的存活和生长 (16)。增加瘦素可能有助于拯救神经元并逆转这些疾病的症状。瘦素已经过在神经退行性疾病的啮齿动物模型中使用的测试，它可能是一种可行的治疗方法，可以减缓疾病的进展 (2, 16)。
因此，瘦素控制着我们的食欲，它也控制着我们大脑的大小。那么，那些位于大脑其他区域的瘦素受体呢？也许它们在记忆你找到美味早餐的地方方面发挥着作用？
瘦素受体已在皮质区域和海马体中被发现。这两个大脑区域通常与学习、记忆、认知功能、动机、神经保护等有关。对瘦素受体缺陷的啮齿动物模型的研究表明，在存在瘦素但细胞表面没有瘦素可以结合的蛋白质的情况下，在解决空间记忆任务时会出现行为问题。支持学习和记忆等行为的关键细胞电过程的发育受到损害 (9)。与学习和记忆有关的细胞机制是长时程增强 (LTP) 和抑制 (LTD)。它们参与突触可塑性。当 LTP 和 LTD 起作用时，意味着神经元之间的连接会发生变化。LTP 加强神经元之间突触的连接，而 LTD 削弱这种连接。LTP 导致在细胞水平上形成更强的记忆。另一方面，LTD 导致神经元连接和细胞“记忆”减弱。因此，缺乏瘦素或其作用可能导致记忆形成问题。
在一项研究中，研究人员将瘦素注入海马体，LTP 得到增强，记忆形成的细胞机制也随之传播 (13)。还有一个人类的例子，一个瘦素缺乏的个体在基线时认知表现下降，但在瘦素治疗后，神经认知测试表现出改善 (15)。
因此，瘦素可能能够增强学习和记忆。那么这是否意味着它是一种认知增强剂？请稍等一下！这几乎是一种完美的激素；它可以减少你的食欲，同时让你变得聪明。但别急。它可能只对有医学缺陷的人有效。在其中一项提出的研究 (13) 中，研究人员以不同的浓度向大鼠施用瘦素。结果表明，较低的剂量实际上促进了空间学习和记忆形成，而较高的浓度则具有相反的效果。它抑制空间学习和记忆形成。在正常瘦素的基础上给予瘦素可能会引起比解决更多的问题。关于瘦素的作用和功能，仍有许多未解答的问题。在生物学中，事物很少是非黑即白的。
（左图为瘦素缺乏的小鼠。来源）
瘦素在大脑的其他非下丘脑区域起作用，可能提供了一种独特的机制，将肥胖症和糖尿病与认知功能障碍联系起来。瘦素缺乏，即生物体中不存在这种激素，以及瘦素抵抗，即没有成功的瘦素信号传递到靶细胞，两者都会导致肥胖症，也可能导致认知障碍。在第一种情况下，没有信号阻止暴饮暴食，也没有瘦素在学习和记忆形成 (LTP) 的细胞过程中提供帮助。在瘦素抵抗 (12) 的情况下，瘦素信号不会传递到靶细胞，或者受体无法识别它 (18)；因此，就像没有信号一样。对患有瘦素抵抗的动物的研究也表明，认知功能存在困难 (9, 12)。
进食维持身体的能量平衡，也可能在瘦素的帮助下，促进大脑促进学习和记忆 (13)。因此，我们体内正常的瘦素水平可以防止我们暴饮暴食，同时促进学习和记忆的形成。所有这些在动物寻找食物时可能都起着重要的作用。在找到并吃完一顿饭后，动物记住下次在哪里找到它是很重要的。
也许所有关于早餐的谈话都让你有了食欲，而且你可能知道你的冰箱在哪里。在你去那里给自己找点零食之前，请听好，看看瘦素是否在对你说：“你饱了，你还不饿！”与其对它生气（你真的很想要那块纸杯蛋糕），不如试着欣赏它的存在，因为它也是使你能够学习、记忆和使用你可能拥有的各种认知功能的蛋白质之一。
参考文献
1. Ahima R. S., Bjorbaek C., Osei S. & Flier J. S. (1999). 瘦素对神经元和神经胶质蛋白的调节对大脑发育的影响。《内分泌学》，140(6): 2755-2762。
2. Fewlass D. C., Noboa K., Pi-Sunyer F. X., Johnston J. M., Yan S. D. & Tezapsidis N. (2004). 肥胖相关的瘦素调节阿尔茨海默病 Abeta。《美国实验生物学学会联合会杂志》，18:1870–1878。
3. Gomez-Pinilla F. (2008). 健脑食品：营养素对大脑功能的影响。《自然神经科学评论》，9(7): 568-578。
4. Harvey J. (2007). 瘦素对神经元兴奋性和认知功能的调节。《药理学最新观点》，7(6-3): 643-647。
5. Harvey J. & Ashford M. L. J. (2003). 中枢神经系统中的瘦素：远不止是饱腹信号。《神经药理学》，44: 845-854。
6. Harvey J., Solovyova N. & Irving A. (2006). 瘦素及其在海马突触可塑性中的作用。《脂类研究进展》，45(5): 369-378。
7. Holden K. F., Lindquist K., Tylavsky F. A., Rosano C., Harris T. B. & Waffe K. (2009). 老年人血清瘦素水平与认知：来自 Health ABC 研究的发现。《神经生物学与老化》，30(9): 1483-1489。
8. Kenney P. J. (2013). 食物成瘾。《大众科学》，309(3): 34-39。
9. Li X. L., Aou S., Oomura Y., Hori N., Fukunaga K. & Hori T. (2002). 瘦素受体缺陷啮齿动物的长时程增强和空间记忆受损。《神经科学》，113: 607-615。
10. Matochik J. A., London E. D., Yildiz B. O., Ozata M., Caglayan S., DePaoli A. M., Wong M. L. & Licinio J. (2005). 瘦素替代对基因瘦素缺陷成人大脑结构的影响。《临床内分泌学与代谢杂志》，90(5): 2851-2854。
11. Morash B., Li A., Murphy P. R., Wilkinson M. & Ur E. (1999). 大脑和垂体中的瘦素基因表达。《内分泌学》，140: 5995-5998。
12. Morrison D. F. (2009). 大脑中的瘦素信号传导：营养与认知之间的联系？《生物化学与生物物理学报》，1792(5): 401-408。
13. Oomura Y., Hori N., Shiraishi T., Fukunaga K., Takeda H., Tsuji M., Matsumiya T., Ishibashi M., Aou S., Li X. L. Kohno D., Uramura K., Sougawa H., Yada T., Wayner M. J. & Sasaki K. (2006). 瘦素促进大鼠的学习和记忆性能，并增强海马 CA1 长时程增强和 CaMK II 磷酸化。《肽类》，27: 2738-2749。
14. Ozata M., Ozdemir I. C. & Licinio J. (1999). 由错义突变引起的人类瘦素缺乏症：多重内分泌缺陷、交感神经张力降低和免疫系统功能障碍表明了瘦素作用的新靶点，对瘦素作用的中心阻力大于外周阻力，以及瘦素介导的缺陷的自发纠正。《临床内分泌学与代谢杂志》，86(10): 3686-3695。
15. Paz-Filho G. J., Babikian T., Asarnow R., Esposito K., Erol H. K., Wong M. L. & Licinio J. (2008). 瘦素替代改善认知发育。《公共科学图书馆·综合》，3(8): e3098。
16. Signore A. P., Zhang F., Weng Z., Gao Y. & Chen J. (2008). 瘦素在中枢神经系统中的神经保护作用：机制和治疗潜力。《神经化学杂志》，106(5): 1977-1990。
17. Udagawa J., Hashimoto R., Suzuki H., Hatta T., Sotomaru Y., Hioki K., Kagohashi Y., Nomura T., Minami Y. & Otani H. (2006). 瘦素在小鼠胚胎大脑皮层发育中的作用。《内分泌学》，147: 647–658。
18. Tartaglia, L. A. (1997). 瘦素受体。《生物化学杂志》，272: 6093-6096。
Zarja 目前是斯洛文尼亚卢布尔雅那大学认知科学以及结构和功能生物学专业的理学硕士研究生。她对周围的世界充满好奇，并对认知科学和进化生物学的交叉领域感兴趣。她的推特账号是 @piskotk。如果您懂斯洛文尼亚语这种使用双数的奇怪语言，欢迎关注她的博客 Piškotarna。