喝完「无糖饮料」还想吃甜食？原来人们对糖的渴望，无法被甜味剂替代，答案都在肠道里！

大量研究表明，人类和动物更喜欢营养糖，而不是无热量的甜味剂。二十年前，在小鼠口中发现甜味感受器后不久，科学家们试图敲除这些味蕾，但令人惊讶的是，即使没有味觉，老鼠仍然能以某种方式辨别天然糖，而且他们更喜欢天然糖，而不是人造甜味剂。

那么为什么人造甜味剂不能抑制人们对糖的渴望呢？最近的研究，为我们揭开了这个谜题的答案。

2022 年 1 月 13 日，来自美国杜克大学的 Diego V. Bohórquez 团队在 Nature Neuroscience 杂志上发表了题为 The preference for sugar over sweetener depends on a gut sensor cell 的研究性论文，发现一种称为 Neuropod 的肠道细胞，可以区分真糖和人造甜味剂，并且可以将差异以毫秒为单位传达给你的大脑。

图片来源：Nature Neuroscience

研究背景

肠内分泌细胞中有一种肠感官上皮细胞，这种细胞可以和迷走神经细胞产生突触信号，形成神经回路，这个肠内分泌细胞就是 Neuropod 细胞，可以通过形成神经回路将肠道和大脑直接连接起来。

绿色荧光标记的为肠道上皮中的 Neuropod 细胞（图片来源：Borhóquez Lab, Duke University）

虽然感觉甜味取决于舌头，但研究表明十二指肠也可以将糖分与甜味剂区分开来。蔗糖是 D-葡萄糖和 D-果糖组成的二糖。与 D-果糖或甜味剂三氯蔗糖不同，D-葡萄糖在十二指肠腔时会产生强烈的偏好。事实上，先前接触过 D-葡萄糖的动物会在几分钟内识别出进入肠道的糖分。而当绕过小肠时，这种识别 D-葡萄糖的能力就会消失，这表明十二指肠上皮是「糖传感器」细胞所在的地方。但到目前为止，由于缺乏以时间和空间精度控制肠道感觉处理的工具，这些细胞的身份仍然难以识别。

研究内容

迷走神经对糖和甜味剂有反应

研究者首先评估了灌注到近端小肠中的各种糖、糖类似物和无热量甜味剂是否会引起快速的迷走神经反应。已知迷走神经对蔗糖有反应，但对食物中常见的其他糖和甜味剂的反应尚不清楚。

实验中评估了蔗糖（300 mM）、D-葡萄糖（150 mM）、D-果糖（150 mM）和 D-半乳糖（150 mM）、多种糖类似物 [甲基 α-D-吡喃葡萄糖苷（α- MGP；150 mM）、麦芽糖糊精（8%）和甜味剂三氯蔗糖（15 mM）、乙酰磺胺酸钾（15 mM）和糖精（30 mM）] 的迷走神经反应，记录迷走神经放电率。

所有糖都通过近端十二指肠灌注，绕过味觉或胃激活。使用放置在颈迷走神经上的电极记录神经反应。结果显示在几秒钟内，几乎所有的糖都会引起迷走神经放电率的显著增加。

图片来源：Nature Neuroscience

迷走神经反应取决于十二指肠 Neuropod 细胞

研究者假设迷走神经反应取决于肠上皮发出的信号，为了验证该假设，使用 Cre/loxP 重组，培育了 CckCRE_Halo 小鼠，具有氯离子泵功能的嗜盐菌紫质（halorhodopsin）在十二指肠上皮细胞中的胆囊收缩素（Cck）启动子下表达。当被 532 nm 光触发时，halorhodopsin 可以使细胞膜超极化，立即沉默电兴奋细胞。

在 CckCRE_Halo 小鼠中，迷走神经对腔内蔗糖、α-MGP 和三氯蔗糖的反应在对照 473nm 光存在下保持不变。然而，在 532 nm 光刺激下，对相同刺激的迷走神经反应完全消失，表明迷走神经反应取决于十二指肠 CCK 标记的 Neuropod 细胞。

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十二指肠 Neuropod 细胞可辨别甜味剂和糖

接下来，研究者检测了单个 CCK 标记的 Neuropod 细胞对糖和甜味剂的反应。使用钙指示染料 Fluo-4 和 Fura Red 在标记有 tdTomato（CckCRE_tdTomato）的单个 Neuropod 细胞中对钙瞬变进行成像。阳性反应定义为荧光比（Fluo-4/Fura Red）增加超过 10%。在对至少一种糖有反应的 26 个细胞中，53.8% 的细胞仅对 D-葡萄糖有反应，15.4% 对三氯蔗糖有反应，30.8% 对 D-葡萄糖和三氯蔗糖都有反应。

随后，通过单细胞 RT-qPCR 在 CCK-GFP 和 non-GFP 肠上皮细胞中检测基因表达。与 non-GFP 细胞相比，CCK-GFP 细胞富含与突触形成和囊泡功能或释放相关的基因。此外，单个 CCK-GFP 细胞表达 SGLT1 和甜味受体。单个 CCK-GFP 细胞中的受体表达如下：Tas1r2 可以忽略不计，Tas1r3 单独存在于 1.2% 的细胞中，SGLT1 转录本 Slc5a1 单独存在于 60.1% 的细胞中，并且 Tas1r3 和 Slc5a1 共存在于 19.6% 的细胞中。

那么，迷走神经对糖或甜味剂的反应是否由上皮 SGLT 或 T1R3 介导的呢？研究人员使用 SGLT 抑制剂 phloridzin，发现抑制 SGLT 后并不影响对三氯蔗糖的反应。相反，阻断包括 T1R3 在内的甜味受体消除了对三氯蔗糖的迷走神经反应，但不影响对蔗糖或 α-MGP 的反应。

在舌头上的味觉转导中，蔗糖和三氯蔗糖都可以激活 T1R2/T1R3 受体。但是，以上结果表明，在肠道中只有三氯蔗糖能引起味觉受体介导的迷走神经反应。这种差异可能是由于 CCK 标记的 Neuropod 细胞中缺乏 T1R2 的表达，这意味着肠道中的 T1R3 对三氯蔗糖比蔗糖更敏感。

图片来源：Nature Neuroscience

糖而不是甜味剂会引发谷氨酸能神经传递

研究人员通过腔内灌注犬尿酸（kynurenic acid, KA）和 L-(+)-2-amino-3-phosphonopropionic acid（AP3），阻断了离子型和代谢型谷氨酸受体，发现可以降低迷走神经对蔗糖的早期反应，并完全减弱了对 α-MGP 的反应。然而，谷氨酸抑制对三氯蔗糖的迷走神经反应并没有受到影响。值得注意的是，抑制谷氨酸能神经传递消除了 α-MGP 的反应。因此表明，糖进入细胞后，会驱动 Neuropod 细胞和迷走神经元之间的谷氨酸能神经传递。

图片来源：Nature Neuroscience

糖偏好取决于十二指肠 Neuropod 细胞

最后，研究者试图确定 CCK 标记的 Neuropod 细胞对于小鼠辨别蔗糖和三氯蔗糖是否是必需的。他们通过使用光遗传学的技术，在小鼠肠道中植入柔性光纤，用于打开和关闭活体小鼠肠道的 Neuropod 细胞，以显示动物对真正糖的偏好是否是由肠道信号驱动的。

结果显示，在存在 532 nm 光的情况下，即沉默 Neuropod 细胞时，对照同窝小鼠表现出 90.8% 的蔗糖偏好，而在 CckCRE_Halo 小鼠中，蔗糖偏好只有 58.9%。重要的是，沉默 CCK 标记的 Neuropod 细胞会降低蔗糖摄入量，并增加三氯蔗糖摄入量，但 1 小时检测期间，液体的总消耗量不受影响。换句话说，Neuropod 细胞关闭，小鼠不再对真正的糖表现出明显的偏好，证明小鼠对糖的偏好取决于 Neuropod 细胞。

图片来源：Nature Neuroscience

总结

本研究表明小鼠对糖而不是甜味剂的偏好，取决于肠道中 Neuropod 细胞，它会释放不同的神经递质进入迷走神经，进而让大脑区分糖和甜味剂。通过快速识别营养刺激的精确特性，肠道 Neuropod 细胞可作为指导营养选择的切入点。

本文的通讯作者 Bohórquez 表示，Neuropod 细胞是神经系统的感觉细胞，就像舌头中的味蕾帮助我们品尝味道，或是像眼睛中的视网膜视锥细胞一样，可以帮助我们看到颜色。它们感觉到糖与甜味剂的区别，然后释放出不同的神经递质，这些神经递质进入迷走神经中的不同细胞，最终，动物知道「这是糖」或「这是甜味剂」。

「许多人都在为渴望糖而苦苦挣扎，现在我们对肠道如何感知糖，以及人造甜味剂为何不能抑制人们对糖的渴望，有了更好的了解，我们希望针对这个回路来治疗相关疾病。」，本研究的共同第一作者 Kelly Buchanan 说。