本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
歡迎本月的Scicurious 客座作家 Zarja Muršič！！
想象一下，現在是星期天早上。在這一天，你終於可以在早上空閒下來，有時間去享用你的特大號早餐了，那份你可能應該每天都吃的早餐。你坐下來享用一份大份的丹佛煎蛋卷，或者你可能喜歡水果燕麥粥，又或者是一根美味的法式長棍麵包，配上黃油、橘子醬或蜂蜜。你感覺一開始你可能會吃很多，但在吃了幾塊之後，你就已經吃飽了。雖然你看到了眼前食物的美麗，而且它仍然味道很好，但有什麼東西在說“停止”。
你有沒有想過是什麼告訴你的大腦，你的胃已經飽了？
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很明顯，原因並非來自外部。它不在於大眾媒體的狂轟濫炸，這些媒體競相為你提供關於早餐吃什麼和吃多少的建議。我們不會暴飲暴食還有另一個原因，一個來自我們自身身體的訊號。老鼠和其他動物不看雜誌或電視，但在大多數情況下，它們不會暴飲暴食。老鼠和人類在大多數情況下都知道何時足夠，並且有身體訊號來停止進食。一種激素，瘦素，是關鍵。
瘦素是一種蛋白質激素，由白色脂肪組織或身體脂肪產生和分泌，並在血液中迴圈。它作用於許多外周組織，也可以穿過血腦屏障進入大腦。科學家們最初發現瘦素是因為它在下丘腦內的活動，可以抑制食物攝入，減少食慾，並減少身體脂肪 (4-6, 12)。下丘腦是中樞神經系統的一部分，位於大腦的“底部”，腦幹上方和丘腦下方。
(來源)
它影響許多身體功能。其中之一是體內平衡。體內平衡是指調節生物體內部環境的所有過程。它使我們感到冷或熱，清醒或睏倦。體內平衡也涉及的一個方面是能量的調節，我們攝入多少食物，以及我們消耗多少能量。這涉及到瘦素，這種蛋白質負責確保你的身體獲得足夠的早餐，並確保其能量水平處於平衡狀態。
瘦素有多重要？對基因改造的小鼠品系的研究表明，這些小鼠缺乏瘦素的產生，因此無法減少食物攝入，容易患肥胖症和糖尿病 (8)。這些小鼠的脂肪細胞存在基因缺陷，阻止它們分泌瘦素，沒有瘦素，它們就沒有停止進食的訊號，所以它們不斷進食，變得非常肥胖。
所以，也許你吃了煎蛋卷的一半，或者一大碗燕麥粥，你的身體開始產生瘦素，發出訊號告訴你已經吃飽了。這可能是你星期天早餐的全部故事，但瘦素還沒有完成它的工作。也許你不是自己做的煎蛋卷，而是在路邊的一家小早餐店買的。如果你還記得那家早餐店在哪裡，你可能會再次去那裡。瘦素在這裡也發揮著作用。我們的身體非常高效，會將一種激素用於多種用途。就瘦素而言——如果這種激素可以做一件事，它也可以被調整來做另一件事，在這種情況下，瘦素在認知中也發揮著作用。
科學家們開始深入研究大腦，發現瘦素受體，即激素可以結合的細胞表面的蛋白質，不僅存在於下丘腦中以調節食慾，而且也存在於中樞神經系統的其他一些部分，包括皮層和海馬體。這些大腦區域在我們的認知過程中發揮作用，例如記憶和學習。一些研究人員甚至在中樞神經系統的某些區域發現了瘦素 mRNA（將用於製造瘦素的信使 RNA）和蛋白質 (11)，這意味著瘦素不僅由脂肪細胞產生和釋放，而且也在大腦中產生和釋放。
早餐、食慾、瘦素、大腦和認知；瘦素與認知，即我們的思考能力有什麼關係？這其中有一個過去的故事。
在我們的歷史中，我們的飲食、我們的日常生活方式、狩獵和尋找食物，在塑造我們的認知能力和大腦進化方面發揮了重要作用 (3)。如果瘦素參與了一些使我們的認知能力（如記憶和學習）成為可能的細胞機制，這對動物來說也是一個積極的優勢。瘦素可以讓我們制定策略來尋找和記住可以找到食物的地方 (13)。這使我們將當今的飲食與我們的思考和記憶方式聯絡起來。
瘦素與認知之間的聯絡在中樞神經系統的早期發育中就開始了。瘦素會影響我們大腦的發育大小，這是一項重要的任務，因為大腦發育不足可能意味著解決認知任務時會出現問題。重要的證據來自瘦素缺乏的齧齒動物模型。它們不僅會變得肥胖，而且大腦也更小。當研究人員添加回瘦素後，大腦重量增加了 (1)。這些大腦發育的改變甚至在子宮內就顯而易見，子宮內瘦素缺乏的小鼠大腦更小，而補充瘦素後，發育期間的大腦尺寸增加 (17)。顯然，瘦素有助於大腦變大。同樣，在患有瘦素缺乏症的人類中，補充瘦素也會導致大腦結構發生巨大變化 (10)。
在老年人群中，低瘦素水平與認知障礙之間存在關聯，這對老年人產生了嚴重影響 (7, 12)。此外，雖然低水平的瘦素可能意味著大腦較小，但高水平的瘦素可能有助於拯救神經元免於過早死亡。特別是，研究表明，瘦素可以誘導神經營養訊號，促進與衰老相關的神經退行性疾病（包括帕金森病和阿爾茨海默病）中神經元的存活和生長 (16)。增加瘦素可能有助於拯救神經元並逆轉這些疾病的症狀。瘦素已經過在神經退行性疾病的齧齒動物模型中使用的測試，它可能是一種可行的治療方法，可以減緩疾病的進展 (2, 16)。
因此，瘦素控制著我們的食慾，它也控制著我們大腦的大小。那麼，那些位於大腦其他區域的瘦素受體呢？也許它們在記憶你找到美味早餐的地方方面發揮著作用？
瘦素受體已在皮質區域和海馬體中被發現。這兩個大腦區域通常與學習、記憶、認知功能、動機、神經保護等有關。對瘦素受體缺陷的齧齒動物模型的研究表明，在存在瘦素但細胞表面沒有瘦素可以結合的蛋白質的情況下，在解決空間記憶任務時會出現行為問題。支援學習和記憶等行為的關鍵細胞電過程的發育受到損害 (9)。與學習和記憶有關的細胞機制是長時程增強 (LTP) 和抑制 (LTD)。它們參與突觸可塑性。當 LTP 和 LTD 起作用時，意味著神經元之間的連線會發生變化。LTP 加強神經元之間突觸的連線，而 LTD 削弱這種連線。LTP 導致在細胞水平上形成更強的記憶。另一方面，LTD 導致神經元連線和細胞“記憶”減弱。因此，缺乏瘦素或其作用可能導致記憶形成問題。
在一項研究中，研究人員將瘦素注入海馬體，LTP 得到增強，記憶形成的細胞機制也隨之傳播 (13)。還有一個人類的例子，一個瘦素缺乏的個體在基線時認知表現下降，但在瘦素治療後，神經認知測試表現出改善 (15)。
因此，瘦素可能能夠增強學習和記憶。那麼這是否意味著它是一種認知增強劑？請稍等一下！這幾乎是一種完美的激素；它可以減少你的食慾，同時讓你變得聰明。但別急。它可能只對有醫學缺陷的人有效。在其中一項提出的研究 (13) 中，研究人員以不同的濃度向大鼠施用瘦素。結果表明，較低的劑量實際上促進了空間學習和記憶形成，而較高的濃度則具有相反的效果。它抑制空間學習和記憶形成。在正常瘦素的基礎上給予瘦素可能會引起比解決更多的問題。關於瘦素的作用和功能，仍有許多未解答的問題。在生物學中，事物很少是非黑即白的。
（左圖為瘦素缺乏的小鼠。來源）
瘦素在大腦的其他非下丘腦區域起作用，可能提供了一種獨特的機制，將肥胖症和糖尿病與認知功能障礙聯絡起來。瘦素缺乏，即生物體中不存在這種激素，以及瘦素抵抗，即沒有成功的瘦素訊號傳遞到靶細胞，兩者都會導致肥胖症，也可能導致認知障礙。在第一種情況下，沒有訊號阻止暴飲暴食，也沒有瘦素在學習和記憶形成 (LTP) 的細胞過程中提供幫助。在瘦素抵抗 (12) 的情況下，瘦素訊號不會傳遞到靶細胞，或者受體無法識別它 (18)；因此，就像沒有訊號一樣。對患有瘦素抵抗的動物的研究也表明，認知功能存在困難 (9, 12)。
進食維持身體的能量平衡，也可能在瘦素的幫助下，促進大腦促進學習和記憶 (13)。因此，我們體內正常的瘦素水平可以防止我們暴飲暴食，同時促進學習和記憶的形成。所有這些在動物尋找食物時可能都起著重要的作用。在找到並吃完一頓飯後，動物記住下次在哪裡找到它是很重要的。
也許所有關於早餐的談話都讓你有了食慾，而且你可能知道你的冰箱在哪裡。在你去那裡給自己找點零食之前，請聽好，看看瘦素是否在對你說：“你飽了，你還不餓！”與其對它生氣（你真的很想要那塊紙杯蛋糕），不如試著欣賞它的存在，因為它也是使你能夠學習、記憶和使用你可能擁有的各種認知功能的蛋白質之一。
參考文獻
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Zarja 目前是斯洛維尼亞盧布林雅那大學認知科學以及結構和功能生物學專業的理學碩士研究生。她對周圍的世界充滿好奇，並對認知科學和進化生物學的交叉領域感興趣。她的推特賬號是 @piskotk。如果您懂斯洛維尼亞語這種使用雙數的奇怪語言，歡迎關注她的部落格 Piškotarna。