【原】PNAS：神经炎症破坏奖赏环路，脑成像可以预测儿童体重的增加

brainnews 2020-10-24

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自1975年以来，世界范围内儿童和青少年的肥胖患病率已经翻了两番，这是日后肥胖的一个重要预测因素。众所周知，炎症与肥胖有关，但它在人脑中究竟是如何运作的，一直是个挑战。以往的工作一直在观察与奖励相关的大脑区域(如伏隔核[NAcc])的宏观测量与不健康饮食行为和结果之间的关系; 然而，这些关联背后的机制尚不清楚。

最近的研究强调了神经炎症在饮食诱导肥胖动物模型中NAcc的潜在作用。在这里，我们利用扩散MRI技术，限制谱成像 (RSI，图1所示)，来探测大脑皮层下区域的微结构 (细胞密度)。更具体地说，我们验证了奖励相关区域的细胞密度与肥胖相关指标和早期体重增加相关的假设。

图1：RSI示意图。细胞内的水在神经元(橙色)和周围的胶质细胞(灰色)内的扩散受到限制，而细胞外的水扩散(蓝绿色)受到阻碍。限制扩散的比例与阻碍扩散成反比，即更大的细胞密度增加限制分数(底部)相对阻碍分数(顶部)。

我们利用了国立卫生研究院资助的青少年大脑认知发展(ABCD)研究公开数据集，研究跟踪1.1万多名儿童的大脑发育和健康结果。这些发现表明，腰围较大的个体中存在细胞内扩散增加(受限)和细胞外扩散减少(受阻)，在尾状核、壳核和苍白球有更大的细胞结构。但NAcc与腰围(图2)和BMI的关系最为密切。

图2：基于RSI的限制成分与基线腰围之间的关系。成像指标归一化为单位SD。误差条表示95% CI。

腰围的变化与NAcc中的细胞密度有关，即腰围的增加与受限分量增加(P = 0.001, 95% CI: [16, 52 cm])和受阻分量减少(P = 0.006, 95% CI: [-64, -17 cm]) 有关（图3）。

图3：在1年后腰围变化的ROI预测。基于RSI的限制成分与腰围变化的相关性 (考虑包括基线腰围在内的协变量)。成像指标归一化为单位SD。误差条表示95% CI。星号表示bonferroni校正的有意义。

灰质的体素分析进一步证明了我们发现的空间特异性。体素模型分析与感兴趣区域(ROI)分析结果是一致的，均表明NAcc中限制扩散分数与腰围变化之间的关系是稳健的（图4）。

图4：腰围1年后变化的体素预测。限制扩散分数与腰围变化(包括基线腰围在内的协变量)之间的关系显示了腹侧纹状体的空间特异性。

我们的发现为揭示奖赏回路中促进儿童早期体重增加和肥胖的微观结构特性迈出了第一步。这些发现表明小儿肥胖的神经生物学机制符合啮齿动物的工作显示, 高饱和脂肪饮食引起了神经胶质过多症和神经炎症，增加了与奖赏相关的大脑区域, 这反过来又导致进一步的不健康的饮食和肥胖。

“这是一个恶性循环。吃不好的食物会导致想要吃更多不好的食物。这些数据为这一想法提供了一种可能的大脑机制，” BJ Casey说，她是耶鲁大学心理学教授和这项研究的合著者，“全球儿童肥胖率在过去40年翻了两番, 部分原因是更容易获得和消费不健康食品”。

随着儿童肥胖的流行率持续上升，确定儿童体重纵向增加的神经生物学机制对于提供早期干预和预防策略至关重要。我们的研究发现NAcc细胞密度增加是与肥胖群体密切相关的，并且是预测未来体重腰围的独立因素。这些结果延续了动物研究的结果，即饮食引起的神经炎症会导致大脑奖赏回路的破坏，进而促进进一步的不健康饮食和体重增加。

原文链接：

Kristina M. Rapuano et al. Nucleus accumbens cytoarchitecture predicts weight gain in children, Proceedings of the National Academy of Sciences (2020). DOI:10.1073/pnas.2007918117

作者信息

编译作者：CholeFu（brainnews创作团队）

校审：Simon（brainnews编辑部）

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