【中國(guó)科學(xué)報(bào)】科學(xué)家發(fā)現(xiàn)恒溫動(dòng)物的體溫穩(wěn)定機(jī)制——發(fā)現(xiàn)下丘腦冷感受神經(jīng)元調(diào)控體溫穩(wěn)態(tài)環(huán)路
文章來(lái)源：腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心 | 發(fā)布時(shí)間：2022-06-08 | 【打印】 【關(guān)閉】
作者：張雙虎 黃辛 來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào) 發(fā)布時(shí)間：2022/06/08 11:05:31
6月7日，《細(xì)胞—代謝》在線發(fā)表中科院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）、上海腦科學(xué)與類腦研究中心研究員張哲小組、梁智鋒小組和許曉鴻小組合作的最新成果。該研究通過(guò)全腦系統(tǒng)性篩選，發(fā)現(xiàn)下丘腦（dmVMHPdyn）陽(yáng)性神經(jīng)元對(duì)環(huán)境低溫表現(xiàn)出高度特異性反應(yīng)；調(diào)控該核團(tuán)或其下游連接腦區(qū)，即可控制體溫變化。同時(shí)，該研究發(fā)現(xiàn)這些神經(jīng)元也參與了由社交行為引起的體溫變化調(diào)控，提示體溫調(diào)控和社交行為間可能存在的共同調(diào)控機(jī)制。
恒溫動(dòng)物體溫調(diào)控機(jī)制示意 受訪者供圖
體溫穩(wěn)態(tài)對(duì)恒溫動(dòng)物來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，僅僅2~3攝氏度的體溫變化，就會(huì)嚴(yán)重影響生理狀態(tài)。哺乳動(dòng)物和鳥類作為恒溫動(dòng)物，可在外界環(huán)境溫度變化的情況下，自主地將體溫維持在相對(duì)恒定的水平。其中，神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)控是恒溫動(dòng)物維持體溫穩(wěn)態(tài)的重要一環(huán)，然而目前體溫穩(wěn)態(tài)神經(jīng)調(diào)控的環(huán)路基礎(chǔ)還尚不明確。因此，研究調(diào)控體溫穩(wěn)態(tài)的神經(jīng)環(huán)路，對(duì)于理解哺乳動(dòng)物維持體溫的神經(jīng)機(jī)制至關(guān)重要，同時(shí)也將為臨床上發(fā)熱、失溫癥等體溫穩(wěn)態(tài)失衡疾病的治療提供思路。
早期研究表明，環(huán)境溫度可以被分布在動(dòng)物皮膚上的溫度感受器捕捉和感知，然后溫度信息通過(guò)脊髓和中腦，傳輸?shù)较虑鹉X的視前區(qū)（POA）進(jìn)行整合，并最終輸出到外周產(chǎn)熱器官進(jìn)行體溫調(diào)節(jié)。
“過(guò)去的研究主要集中于視前區(qū)對(duì)于體溫的調(diào)控?！睆堈軐?duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》說(shuō)，“然而，我們對(duì)于視前區(qū)之外調(diào)節(jié)溫度穩(wěn)態(tài)，特別是感受冷環(huán)境并調(diào)控體溫上升的特異性神經(jīng)元仍然知之甚少?！?/p>
為系統(tǒng)篩查大腦在外界溫度變化時(shí)的活動(dòng)情況，并找到對(duì)冷環(huán)境刺激響應(yīng)的腦區(qū)，研究人員對(duì)頭部固定的小鼠進(jìn)行溫度刺激，并同步進(jìn)行功能核磁共振掃描，發(fā)現(xiàn)了VMH腦區(qū)對(duì)冷刺激的響應(yīng)；通過(guò)分析單細(xì)胞測(cè)序數(shù)據(jù)和原位雜交，發(fā)現(xiàn)VMH腦區(qū)有一群表達(dá)Pdyn的神經(jīng)元在冷環(huán)境下被激活，可能是特異的冷感受神經(jīng)元。研究者隨后記錄這群神經(jīng)元在冷熱刺激時(shí)的鈣信號(hào)變化，驗(yàn)證了VMHPdyn的神經(jīng)元是特異性感受冷刺激的神經(jīng)元亞群，并且其活動(dòng)會(huì)被熱刺激所抑制。隨后，研究者通過(guò)光遺傳技術(shù)對(duì)這群神經(jīng)元的胞體進(jìn)行調(diào)控，發(fā)現(xiàn)VMHPdyn神經(jīng)元參與了體溫穩(wěn)態(tài)的調(diào)控。
為研究VMHPdyn神經(jīng)元所參與的體溫調(diào)節(jié)環(huán)路，研究者通過(guò)狂犬病病毒介導(dǎo)的逆行跨單級(jí)示蹤，發(fā)現(xiàn)VMHPdyn神經(jīng)元可以接收來(lái)自全腦的廣泛投射，其投射暗示著VMHPdyn神經(jīng)元可能在多種感覺(jué)以及認(rèn)知刺激的誘導(dǎo)下發(fā)揮體溫調(diào)節(jié)作用。此前，研究者記錄了這群神經(jīng)元在社交行為過(guò)程中的鈣活動(dòng)和同步的小鼠體溫變化，發(fā)現(xiàn)小鼠在發(fā)生社交行為時(shí)，VMHPdyn神經(jīng)元活動(dòng)增強(qiáng)且體溫上升。
“利用光遺傳技術(shù)抑制VMHPdyn神經(jīng)元，小鼠的社交行為會(huì)減少，伴隨的體溫上升也會(huì)消失，說(shuō)明這群神經(jīng)元具有調(diào)節(jié)體溫和影響社交行為的雙重功能?！睆堈苷f(shuō)，“該研究填補(bǔ)了體溫調(diào)控的神經(jīng)環(huán)路中冷感受神經(jīng)元的缺失，還發(fā)現(xiàn)下丘腦調(diào)控體溫穩(wěn)態(tài)和控制社交行為的兩種功能之間存在相互作用，將生理穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)與行為功能聯(lián)系起來(lái)，為深入理解恒溫動(dòng)物體溫穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)和能量代謝神經(jīng)環(huán)路作出了貢獻(xiàn)。”
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.cmet.2022.05.002
