知乎日報：我們如何感覺飢餓 飢餓又如何調節我們的飲食
吃飯可能是我們每個人生活中最重要的活動之一了。我們的老祖宗説“民以食為天”，説的就是吃飽飯這件事比“天”還大。歐洲人對吃飯的理解比我們的老祖宗走的還要更遠些，英語裏有句俗語“you are what you eat”，直譯過來就是“人如其食”，説的是從一個人吃什麼飯就能推斷出這個人是個什麼樣子的人，食物還能反映甚至是決定一個人的人格、情緒、習慣等等。
吃飯這件事的重要性是跨越物種、時間和空間的：從漂浮在五億年前的寒武紀海洋上尋找海綿動物屍體的三葉蟲，到坐在電腦前面吃着麥香食堂打來的魚香肉絲的你們，進化史緩慢但是深刻的把控制吃飯的所有細節鐫刻在每個動物物種的遺傳代碼裏。吃飯為什麼重要似乎不必過多解釋：薛定諤在他的不朽名著《什麼是生命》裏高屋建瓴的講到，生命“以負熵為生”，為了避免有機體迅速的按照熱力學第二定律的軌道衰退為墒為極大值的平衡態，生命必須持續不斷的從環境中攫取“負熵”。負熵是熵的對立，熵代表的是無序，而負熵表示的則是有序。吸取負熵，可以簡單的理解為從外界吸收了物質或能量之後，使系統的熵降低，變得更加有序了，我們吃的食物就是非常有序的低熵。而對於動物來説，薛定諤説“高等動物…則完全是以此為生的。被他們作為食物的、複雜程度不同的有機物中，物質的狀態是及其有序的。動物在利用這些食物後，排泄出來的是大大降解的東西”。如果上面的解釋太過形而上，那麼至少我們知道，動物需要吃飯來為新陳代謝的各種活動提供能量，也需要通過吃飯及時攝入身體需要但是無法自身合成的各種營養物質例如必需氨基酸、維生素等等。或者還是可以歪用那句俗語來應對外行的提問，“you are what you eat”，我們身體裏的幾乎所有物質，都是從我們吃的飯裏面變出來的。
“吃”的奧秘我們剛剛開始瞭解
生物體非常重要的現象背後一定存在複雜而精密的調控機制，這是在漫長的進化史上生物體形成的應對複雜多變的環境的必然策略。吃飯這件事情也不例外。我們什麼時候該吃東西、該吃多少東西、該吃什麼樣的東西，看似簡單而且下意識的決定和行為背後是神經系統和代謝系統複雜的計算過程。還是用例子來説明問題吧：我們現在知道，哺乳類動物大腦裏的一個特定區域——下丘腦弓狀核的某些特定神經元能夠“感受”自身的能量狀態。這些神經元本身的位置靠近大腦第三腦室的邊緣，可以直接接觸到動物的循環系統，因而，天然的具備採集和分析循環系統中各種營養物質和激素分子的能力。當我們長時間未進食後，血液裏的葡萄糖濃度和脂肪酸水平因為持續的消耗而下降;同時，消化系統中的食物逐漸被消化吸收和排空，會引發一系列神經肽分子被分泌進入血液，例如腦腸肽(ghrelin)等等。這些信號都會被下丘腦神經元所感知，我們從而產生了“飢餓”的感覺，“吃飯”的重要性逐漸浮現在我們的腦海裏。飽餐一頓美味之後，血液中葡萄糖和脂肪酸的濃度迅速上升，而飽脹的胃抑制了腦腸肽的合成和釋放，感受飢餓的下丘腦神經元逐漸的失去了活性，我們也隨之覺得“飽”。我們的大腦就這樣週而復始的讓我們感到飢餓，讓我們尋找美味，讓我們覺得滿足。
千萬不要以為上面這個簡單的負反饋循環就能解釋關於吃飯的一切了：事實上，這只不過是冰山一角而已，我們的大腦會系統性的分析身體總體的能量水平，以決定我們是否需要吃飯，而這種分析甚至可以跨越不同的組織和器官。簡單的舉一個例子，下丘腦的部分神經元還能夠監控身體裏的長期能量儲備-脂肪含量，以便更精確的決定進食量。這背後的邏輯並不複雜：脂肪是能量密度非常高的物質，身體儲備脂肪就是為了在能量缺乏的狀態下持續的提供機體所需的能量，所以胖子按理説不需要吃得太多也可以滿足身體的能量需要。而神經元監控脂肪儲備的方法也非常精巧：脂肪組織能夠分泌一種信號蛋白-瘦素(leptin)，血液中瘦素的水平是和脂肪含量成正比的;而下丘腦的特定神經元恰恰可以感知血液中瘦素的水平，瘦素水平上升會激活這些神經元從而抑制食慾。我們的大腦正是用這一系列的方式系統的瞭解身體裏各種能量來源的水平，從血糖水平到脂肪含量，來決定我們是否需要吃東西的。
如果你已經逐漸開始理解並且欣賞我們的大腦如何精密的調節我們的進食，那麼可能下面的事實可能又會讓你迷惑不已：我們正高速進入一個肥胖化的時代。世界衞生組織估算全球有超過5億人患有肥胖症，超過15億人處於超重狀態，而這些數字伴隨着全球工業化進程在極速放大。在食品工業高度發達的美國，超過2/3的成年人處於肥胖或超重狀態，產生的醫療開支每年超過1400億美元。為什麼我們的大腦不能精確的控制我們的飲食，防止我們陷入營養過剩乃至肥胖的困境? 這個問題的答案並不簡單。
一方面，在漫長的進化史上，我們的祖先可能長期面臨食物短缺和營養不良的困擾(這可能也是進化中最重要的選擇壓之一)，因而我們的身體和大腦對高熱量和易消化吸收的食物天然的充滿渴求。這在食物短缺時期保證了我們的祖先能夠高效率的進食並儲存能量，也讓我們在後工業化的社會，對無處不在的巧克力冰激凌炸薯條這樣的高熱量食物極端缺乏“免疫力”。另一方面説，大腦精確調控進食行為的機制，當面臨長時間高熱量食物攝入的刺激後會出現明顯的失調。舉例來説，實驗室研究證明，當小鼠被餵食高脂肪食物一段時間後，小鼠下丘腦神經元對瘦素的敏感度明顯降低。換句話説，吃了一段時間的垃圾食品增肥之後，小鼠的食慾不僅沒有下降，反而上升了。這背後的機理目前還不完全清楚，可能是由於下丘腦神經元在長時間接觸瘦素分子之後對瘦素分子的敏感度下降，也可能是由於這些神經元向下遊傳導信息的能力降低，等等。綜合起來看，當前世界性的普遍肥胖，可能是進化產生的進食本能、工業化帶來的食品過剩、和調節進食行為的腦功能被損害，三者共同作用的產物。應該説，這背後的生物學原理我們僅僅是剛剛開始有所瞭解。
果蠅幫我們理解大腦
我們實驗室主要利用黑腹果蠅作為模型研究進食。作為實驗室裏常用的模式生物，果蠅在過去的一百年幫助我們理解了生物體中許多重要而保守的現象：基因的連鎖和交換定律，動物體節發育的遺傳規律，動物行為諸如晝夜戒律、性行為、學習記憶的遺傳機理，等等等等。我們希望果蠅也幫助我們理解大腦如何感受飢餓，如何調節對食物的攝入，以及這種調節機制是如何被長期高脂肪食物攝入所破壞的。目前，我們在實驗室裏已經建立了定量的進食和覓食的行為模型，並且開始用這些模型系統的尋找參與感知機體能量水平，以及調控具體進食或覓食行為的特定基因和神經元。儘管在浙大開展研究的時間不長，我們已經開始做出一些有趣並且重要的發現，例如，我們發現果蠅中一種名為蟑胺(octopamine)的神經信號分子參與了果蠅覓食行為的調節，當果蠅缺失蟑胺分子的時候，果蠅能夠正常的感受到飢餓並刺激其進食行為，但是在缺乏食物時卻不能引發其覓食行為。非常有趣的，類似的機制在高等動物中似乎也存在：例如，我們的合作者發現，蟑胺在哺乳動物的同源分子去甲腎上腺素(norepinephrine)也起到了類似的調控覓食行為的作用。同時，高等動物中確實也存在覓食行為和進食行為被獨立調節的現象。這些發現給了我們足夠的信心，即果蠅中的發現確實可以幫助我們理解我們自己的大腦，理解我們如何感到飢餓，如何決定在什麼時間、什麼地點吃什麼樣的食物;以及我們為什麼對美味的誘惑難以抵擋，又該如何保持健康和合理的飲食習慣。當然，回答這些問題最終的目的，還是在幫助我們理解， 關於飲食的一切是如何塑造了我們自己。