Science子刊：高糖摄入重塑果蝇的分子记忆
"When we eat food, it just takes a few bites for it to go away. We don't really think of it being something that could have this kind of lasting effect on our brain." "But when the animals were moved to a different food environment, such as a healthy diet, they kept the molecular memory of the high-sugar diet in their cells. This shows the past food environment may influence the future behaviors of the animals."---said Dus, U-M professor of molecular, cellular and developmental biology and senior author of the study.”
“当我们吃食物时，它只需要几口就消失了。我们并没有真正想到它可以对我们的大脑产生这种持久的影响。”“但是当动物被转移到不同的食物环境（例如健康饮食）时，它们会将高糖饮食的分子记忆保留在细胞中，这表明过去的食物环境可能会影响动物的未来行为。”
--密歇根大学教授 Monica Dus
2020年11月11日, Science 子刊 Science Advances杂志发表了美国密歇根大学的 Monica Dus 的论文: Persistent epigenetic reprogramming of sweet taste by diet.
该研究显示，高糖饮食可将果蝇的味觉细胞重新编程，完全重塑果蝇的味觉细胞，使其对糖的敏感度减退，进而在它们的舌头上留下“分子记忆”，这种“分子记忆”可持续存在，甚至当果蝇恢复健康饮食后仍挥之不去，或能将动物持续困在一种不健康的饮食行为模式中。
果蝇的高糖饮食，如何影响味觉？
果蝇的口器中只含有约 60 个感知甜味的味觉细胞，这些味觉细胞，是这次研究的重点内容之一。研究者将果蝇分为对照组和高糖饮食组，经过一周的喂养后，从两组果蝇中纯化出这些味觉细胞，然后利用两种技术来识别沉默的基因。一种技术涉及从这 60 多个细胞中分离核糖体（可与 RNA 结合合成蛋白质的细胞器），之后对其结合的信使RNA（mRNA）进行测序，来判断某个基因是否被沉默。mRNA 是 RNA 的一种形式，将来自 DNA 的遗传信息运送到核糖体上。
在这种情况下，研究小组发现了PRC2在神经元的染色质中分布的方式，当果蝇吃高糖饮食时，感觉到甜味的变化。他们发现，这种变化激活了某些基因，而使其他一些基因沉默，特别是涉及检测甜味的基因。
比如到高糖饮食的第 7 天，果蝇处于高糖饮食期间，超过 80% 的甜味基因被沉默了。这是因为PRC2改变了其与DNA的结合，并因此改变了味觉细胞运行的“程序/软件”。新“程序”让味觉细胞对甜味的响应能力下降，几乎对它们负责感知甜味的味觉细胞身份完全进行了重编程。
过程中涉及的编程称为Polycomb Repressive Complex 2.1或PRC2的表观遗传调控因子。表观遗传调节剂是一组酶，它们可以通过重塑染色质来影响基因的表达量和表达量。染色质包括从植物到人类的所有事物中的染色体物质。
图1 PRC2.1响应饮食调节甜味
为了确认 PRC2 是基因沉默的原因，研究人员构建了该复合物的突变体。在对照和糖食中添加了EED226，这是一种PRC2抑制剂（也称EEDi），它通过与EED的三甲基H3K27（H3K27me3）结合口袋结合而使核心复合物不稳定（的同系物ESC在小家鼠）。与PRC2突变体的结果一致，以探究它能否恢复相关基因在细胞中的正常表达。使该复合物发生突变后，他们发现果蝇感知甜味的能力并未下降。
图2 不论饮食如何，Pcl突变动物对蔗糖的神经反应都相同
有趣的是，仍然可以品尝糖分的果蝇也能够保持瘦肉。确实感觉到甜味感下降的果蝇变得肥胖。发生这种情况的原因在于Dus实验室先前有关糖如何干扰饱腹感信号的研究。当果蝇品尝糖的能力减弱时，它们会吃越来越多的糖以达到相同的饱腹感。当他们品尝糖的能力没有减弱时，他们会更早地结束饮食。
杜斯说：“他们没有吃一整饼干，而是只能停在两个。” “这确实强化了这样一种观念，即味觉的这些变化对于我们控制食物选择和食物摄入的能力至关重要。”
图3 在高糖环境中Pcl染色质占有率重新分布
“因此，通过这条具体的通路，高糖饮食可沉默感知甜味所需的基因”，“更有趣的是，基因沉默带来的影响是持续的，即便动物们摆脱了高糖饮食，与味觉相关的基因（表达情况）仍保持在变化之后的状态，动物们依旧会经历甜味感知缺陷。”也就是越来越不能感到自己在摄入甜食，对糖的“阈值”越来越高。我们需要不仅把食物当成我们吃下去的东西，还要把它视为能影响我们未来行为和食物选择的体验。这就如同长大成人后，人生早期的创伤依然会在大脑中产生持续的影响。”Anoumid Vaziri 说。
食物环境的持久表型记忆取决于PRC2.1
总之，摄入的饮食组成会激活表观遗传机制，从而重新编程对食物的感觉反应。这种感觉上的重编程决定了对未来刺激的感知，从而导致行为的长期改变，对人来说，这是增加了患肥胖症和代谢性疾病的风险。正如一句话这么说的：你看过的书，走过的路，看过的风景，爱过的人，最后都会长成你的“骨头和肉”，而你吃过的那些食物，也可能会写入基因里……