挨饿的长征路上，大脑是如何挺过来的？
撰文 | 博超同学 (成都电子科技大学神经生物学硕士生)
编辑 | Gloria
挨饿，也许是大脑最擅长的事情之一。
什么？你不信？大脑这个脂质含量超过50%、名副其实的大胖子，统领着人体吃喝拉撒睡，行动坐卧走等一切行为，竟然擅长挨饿？
好啦，我知道你不相信。就让我用科学的证据来说服你吧。
早在几千万年前，我们的祖先——原始人逐水草而居，过着采摘狩猎的生活，每天睁开眼就听到肚子咕咕地叫，想到的第一件事应该就是：今天吃什么？那时候还没有农业文明，动物也远未被驯化，所以能吃的东西还真的不多，树上的野果子熟了，摘几个拿回去吃，水里活蹦乱跳的鱼看着就美味，逮两条回去给老婆孩子尝尝鲜，草原上奔跑的羚羊跑得欢快，一群人围上去把它拿下，又是几天的口粮。食物种类虽然丰富多样，但分到每个人嘴里的东西却少的可怜，明明刚吃过饭，肚子却还在咕咕地叫。所以说，饥肠辘辘才是大脑和身体最深的记忆。
那么饥肠辘辘的年代，大脑又是怎么熬过来的呢？
哈佛医学院的乔治·卡希尔（George F. Cahill）教授在他的文章Fuel Metabolism in Starvation（饥饿状况下的能量物质代谢）里揭开了这个谜题。
葡萄糖作为生物体主要的能源物质，为我们提供着充沛的能量，当葡萄糖供应充足时，大脑只以葡萄糖作为能源物质。而饥饿状况下，体内胰岛素含量较低，糖原分解缓慢，葡萄糖供应不足，此时脂肪会分解成脂肪酸和甘油，肝脏能吸收体内游离的脂肪酸，分解代谢为β-羟丁酸和乙酰乙酸为大脑提供超过60%的能量，同时肝脏也吸收甘油，转化为葡萄糖为大脑提供少量的能量。有趣的是，研究发现β-羟丁酸其实是一种比葡萄糖更高效的能源物质，它主导的能量代谢能改善中风、疲劳等原因导致的脑缺血供能不足，保护脑内的神经元。
1-2周的长期饥饿之后，人体的β-羟丁酸积累过多（大致维持在4-7mmol/L的水平），身体会出现轻微的酮症反应，例如：四肢乏力、口渴、疲劳。而由于进化过程中长期以β-羟丁酸作为能源物质的大脑，则不会受到酮症的困扰。当然挨饿的日子并不好过，长期的饥饿会导致骨质疏松、生长迟缓和营养不良，大脑的挨饿只是短期策略，为的还是更好地吃饱肚子。
从开源节流的角度看，用大脑用β-羟丁酸和乙酰乙酸代替葡萄糖确实做到了广开财源，那在勤俭节约上大脑又想到了什么办法呢？
柏拉图曾言：我为身体和大脑更高效而禁食。
下丘脑是大脑控制饮食和能量代谢的大管家，其神经元能整合外周神经系统传递到神经中枢的能量信号，控制人体日常的摄食行为和能量消耗，使机体处于能量平衡的状态，保持身体健康。饱食状态下，脂肪细胞分泌的瘦素（leptin）、胃分泌的食欲肽（peptide YY,PYY）、胰腺分泌的胰岛素会作用于下丘脑神经细胞从而抑制食欲，饥饿状况下，下丘脑会释放进食信号，促进胃分泌饥饿素从而激发食欲，刺激进食。
1995年，Pelley mounter向大鼠大脑中枢灌注脑源性神经营养因子（以下简称BDNF）导致大鼠采食下降体重减轻的实验引起了神经学家的关注，此前的研究只发现脑内的BDNF有保护神经元、促进神经元分化和突触形成的功能，这个新发现激发了科学家对BDNF控制能量代谢研究的热情。
此后，研究者对大鼠进行了bdnf的基因突变、敲除实验，发现大鼠采食量显著提升，导致了肥胖，实验还发现大鼠患上了leptin抵抗、胰岛素抵抗和高血糖等并发症。缺乏bdnf基因的神经元树突无法合成BDNF，而缺乏BDNF的树突无法产生突触与其他神经元连接，除了影响学习与记忆之外，突触的缺失还使得瘦素和胰岛素这些抑制食欲的化学物质，不能通过突触传递将抑制食欲的信号传递到大脑相关区域，无法起到抑制食欲的功能。
从进化的角度来看，瘦素、胰岛素、BDNF这些调控着摄食与能量代谢的化学物质，是大脑在饥饿状况下进化出来的一套神经调控机制，一方面它们使我们控制住食欲，从而节省了食物，另一方面它们也与神经元间建立反馈，将体内多余的葡萄糖转变为脂肪贮存起来，以备不时之需。
所以说，长期的忍饥挨饿之后，我们的大脑进化出这样一套擅长“挨饿”的方法。一方面，它广开能源通路，将体内的脂肪通过酮代谢转化为能量，另一方面，它省吃俭用，分泌各种各样的激素让我们少吃，提高对能源物质的利用效率，使我们度过了忍饥挨饿的艰难岁月。
文章的最后，给想要减肥的同学们一点建议吧：
1.脂肪是我们进化路上适者生存的法宝，身体会无条件地保留。以低热量的菜蔬为主，配合高蛋白高脂的食物（比如鸡蛋），或许能激活我们体内的酮代谢通路，达到消耗脂肪的目的，最终使你变瘦。
2.长期的高碳水化合物的饮食会提升体内的胰岛素水平，这对脂肪的消耗其实是不利的。所以要尽可能减低饮食中对碳水化合物的依赖。
3.瘦素、脑源性神经因子在睡眠中会大量地分泌，不规律的饮食、经常熬夜，都会大大提高变胖的风险，这样的生活方式要尽量避免。
参考文献：
1.George F.Cahill, Jr. 2006.Fuel metabolism in starvation. Annual Review of Nutrition
2.谷物大脑：神经发生和控制主控开关的礼物——如何改变基因中注定的命运
3.谷物大脑：有利于大脑达到最佳状态的饮食习惯——禁食、脂肪和必要的补剂
4.Liao GY, An JJ, Gharami K, Waterhouse EG, Vanevski F, Jones KR, Xu BJ.2012.
5.Dendritically targeted Bdnf mRNA is essential for energy balance and response to leptin. Nature Medicine
6.杨海丽.2016. 脑源性神经营养因子(BDNF)及其受体(TrkB)对小鼠体重和能量消耗的调控作用.博士学位论文
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