Cell｜完整味觉连接组揭示果蝇如何将味觉转化为进食、觅食与社交行为

撰文 | 阿童木

味觉的作用并不只是告诉动物食物是甜还是苦。对于正在觅食的动物而言，味觉信息需要迅速转化为一系列具体行为：是否停止行走、是否伸出口器、是否继续吞咽，以及最终是否将食物送入消化系统。与此同时，一些化学感受信息还参与求偶等社会行为以及神经内分泌调控。因此，要真正理解味觉系统，仅仅知道哪些神经元能够感知糖、苦味或盐并不够，还需要回答这些感觉输入如何经过神经网络最终连接到运动和生理输出【1】。

果蝇为研究这一问题提供了重要模型。 果蝇的味觉感受神经元（GRNs）并 不 局限于 口器 ，而是分布于唇瓣、咽部、足以及翅膀前缘等多个部位 。足部味觉神经元可以在觅食过程中首先接触食物，唇瓣上的神经元参与决定是否开始进食，而咽部味觉神经元则在食物进入口器后进一步评估其性质。此外，雄蝇足和翅膀上的部分化学感受神经元还参与接触信息素检测和求偶行为【2】。

近年来，连接组学 （ Connectomics ）研究的不断深入 已经使果蝇视觉、嗅觉和机械感觉等系统的神经连接得以在突触尺度上重建。然而，成年果蝇味觉系统长期缺乏一张能够跨越脑和腹神经索（VNC）、并覆盖不同身体部位感觉输入的完整连接图谱。

近 日， 葡萄牙 Champalimaud Research的 Ibrahim Tastekin 、 Carlos Ribeiro 等联合剑桥大学 Gregory S.X.E. Jefferis 团队在 Cell 发表题为 The complete gustatory connectome of adult Drosophila reveals how taste guides feeding, foraging, and social behavior 的研究 论文 ， 系统构建了成年果蝇的味觉连接组，并将不同类型的味觉感受神经元一直追踪至进食运动、觅食、神经内分泌和社会行为相关回路。研究显示，来自不同身体部位的味觉输入能够按照吸引或厌恶等行为效价汇聚，同时又通过不同感觉—运动通路控制特定行为步骤 。

研究首先利用一个连续覆盖脑、颈连接部和 VNC 的雄性果蝇MaleCNS电镜数据集，对来自唇瓣、taste peg、咽部、足和翅膀的GRNs进行系统重建。随后，作者进一步整合成年雌蝇脑FAFB/FlyWire连接组和雄性MANC腹神经索连接组，对不同个体及性别之间的神经元类型进行比较。

在此基础上，作者综合神经元的下游突触连接、形态特征以及不同受体GAL4品系的投射模式，对GRNs进行系统分类。结果显示， 味觉感觉端具有高度的细胞类型异质性 。例如，唇瓣bristle GRNs可以进一步划分为LB1–LB4及多个亚型，其中LB1a–d被推测为苦味感受亚型，而LB3的多个亚型与水、糖和低盐等摄食促进型味觉输入相关。

此前通常被视为相对统一的一类taste peg GRNs也被分为两个连接和形态不同的类型，即dorsal tpGRNs和claw tpGRNs。咽部味觉系统的异质性则更加突出，作者共鉴定出16种pharyngeal GRN类型，每种类型仅包含1或2对左右对称的神经元。这提示咽部可能通过由不同GRN类型构成的感觉“检查点”，对食物进入过程实施更加精细的监测。

不同味觉神经元最终如何被大脑组织起来 的呢 ？作者根据GRNs的直接下游连接进行降维和聚类分析。一个显著特征是， 具有相似行为效价的GRNs倾向于进入相同连接模块 。例如，已知能够促进摄食的LB3神经元与部分足部GRNs进入共同的attractive cluster，而多个苦味及其他可能限制摄食的GRNs则形成不同的aversive clusters。更重要的是，同一个cluster中可以包含来自不同味觉器官的GRNs。这意味着 神经系统并不只是按照“味觉发生在哪里”组织信息，而是在下游回路中进一步整合出“促进接受和摄食”还是“限制摄食和回避”等行为效价 。与此同时，不同GRN类型仍然通过特定感觉—运动通路控制不同动作，因此器官和刺激特异性并没有完全丢失。

为了进一步回答味觉如何转化为具体运动，作者系统鉴定了果蝇进食相关运动神经元，并将其划分为24种类型。这些运动神经元分别参与口器定位、唇瓣展开、咽部泵动、唾液分泌以及食物进入嗉囊等不同步骤。随后，研究利用effective connectivity分析，计算不同GRNs经过多级突触通路影响这些运动神经元的潜在强度。分析显示， 摄食促进型LB3神经元可能通过两种并行回路促进口器伸展 。一条较短通路以预测为GABA能的Quasimodo为重要节点，通过去抑制解除进食运动神经元受到的抑制；另一条较长通路则经预测为胆碱能的Clavicle形成前馈兴奋。连接组计算模型进一步支持Quasimodo和Clavicle参与LB3输入向MN9等运动神经元的传递。

与此对应，厌恶性味觉也并非简单启动一个独立的“拒绝动作”。作者发现，多种aversive GRNs 可能 在不同层级进入摄食抑制网络。例如，部分通路经过GNG016和GNG510后进一步连接到参与抑制proboscis extension或吞咽的神经元。由此， 厌恶性输入可能通过高级中间神经元、premotor 神经元 乃至运动神经元等多个层级共同限制进食 。

味觉与觅食之间也存在直接的回路衔接 。作者重点分析了推测感知糖和低盐的足部LgLG4神经元。LgLG4可经上行神经元AN01B004接入促进proboscis extension的回路，同时通过直接和间接通路影响能够抑制前向运动的Foxglove神经元。因此，作者推测，当果蝇足部首先接触到具有吸引力的食物时，同一味觉输入可能一方面促进进食动作，另一方面抑制持续前行，从而推动行为由exploration转向exploitation。

除了运动行为，味觉连接还延伸至神经内分泌系统。作者发现，多数咽部GRNs、dtpGRNs以及部分唇瓣GRNs与DH44神经元、DMS神经元和insulin-producing cells表现出较强的有效连接。特别是推测感知糖的PhG1神经元可通过多级前馈通路连接至胰岛素产生神经元。这提示 果蝇可能在营养物质真正被肠道吸收之前，就利用摄入过程中的味觉信息提前调整代谢状态 。

此外， 部分足部和翅膀GRNs还连接至求偶相关神经网络 。例如，与接触信息素感知相关的神经元可以进入调控PPN1等求偶神经元的回路，而ctpGRNs则 可能 与courtship-promoting descending neuron aSP22具有较强连接。这进一步 提示 ，果蝇味觉系统处理的不只是食物相关化学信息，其网络也可能参与社会和繁殖行为的调控。

综上，这项研究 在突触分辨率上建立了成年果蝇从不同外周味觉器官的味觉感受神经元，到进食运动神经元、下行运动通路以及神经内分泌输出的系统性连接图谱。研究进一步提出，果蝇味觉系统一方面将来自不同身体部位的化学信息按照行为效价进行整合，另一方面又通过器官和神经元类型特异的多层级回路控制停止行走、伸出口器、吞咽、内分泌调节和求偶等不同输出 。

需要指出的是，这项工作的主体仍然是连接组学。作者提出的部分味觉效价、回路功能和性别差异来自神经连接和计算分析，尚有待进一步的神经活动记录、遗传操纵和行为实验验证。因此， 这张“完整味觉连接组”更准确的意义，是提供一套从味觉输入通向特定运动和生理输出的高分辨率结构框架，并产生大量可检验的回路假说，而不是已经穷尽了味觉如何驱动行为的全部机制 。

https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.08.016

制版人： 十一

参考文献

1. Munch, D., Ezra-Nevo, G., Francisco, A.P., Tastekin, I., and Ribeiro, C. (2020). Nutrient homeostasis - translating internal states to behavior.Curr. Opin. Neurobiol.60, 67–75.

2. Scott, K. (2018). Gustatory Processing in Drosophila melanogaster.Annu. Rev. Entomol.63, 15–30.

学术合作组织

（*排名不分先后）

战略合作伙伴

（*排名不分先后）

推荐直播

转载须知

【非原创文章】本文著作权归文章作者所有，欢迎个人转发分享，未经作者的允许禁止转载，作者拥有所有法定权利，违者必究。

转载须知

【原创文章】BioArt原创文章，欢迎个人转发分享，未经允许禁止转载，所刊登的所有作品的著作权均为BioArt所拥有。BioArt保留所有法定权利，违者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘

点击主页推荐活动

关注更多最新活动！