【中國科學報】科學家發(fā)現(xiàn)恒溫動物的體溫穩(wěn)定機制——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
文章來源：腦科學與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心 | 發(fā)布時間：2022-06-08 | 【打印】 【關(guān)閉】
作者：張雙虎 黃辛 來源：中國科學報 發(fā)布時間：2022/06/08 11:05:31
6月7日，《細胞—代謝》在線發(fā)表中科院腦科學與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學研究所）、上海腦科學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。該研究通過全腦系統(tǒng)性篩選，發(fā)現(xiàn)下丘腦（dmVMHPdyn）陽性神經(jīng)元對環(huán)境低溫表現(xiàn)出高度特異性反應；調(diào)控該核團或其下游連接腦區(qū)，即可控制體溫變化。同時，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)控機制。
恒溫動物體溫調(diào)控機制示意 受訪者供圖
體溫穩(wěn)態(tài)對恒溫動物來說至關(guān)重要，僅僅2~3攝氏度的體溫變化，就會嚴重影響生理狀態(tài)。哺乳動物和鳥類作為恒溫動物，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恒定的水平。其中，神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)控是恒溫動物維持體溫穩(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，對于理解哺乳動物維持體溫的神經(jīng)機制至關(guān)重要，同時也將為臨床上發(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物皮膚上的溫度感受器捕捉和感知，然后溫度信息通過脊髓和中腦，傳輸?shù)较虑鹉X的視前區(qū)（POA）進行整合，并最終輸出到外周產(chǎn)熱器官進行體溫調(diào)節(jié)。
“過去的研究主要集中于視前區(qū)對于體溫的調(diào)控?！睆堈軐Α吨袊茖W報》說，“然而，我們對于視前區(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的活動情況，并找到對冷環(huán)境刺激響應的腦區(qū)，研究人員對頭部固定的小鼠進行溫度刺激，并同步進行功能核磁共振掃描，發(fā)現(xiàn)了VMH腦區(qū)對冷刺激的響應；通過分析單細胞測序數(shù)據(jù)和原位雜交，發(fā)現(xiàn)VMH腦區(qū)有一群表達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)元在冷熱刺激時的鈣信號變化，驗證了VMHPdyn的神經(jīng)元是特異性感受冷刺激的神經(jīng)元亞群，并且其活動會被熱刺激所抑制。隨后，研究者通過光遺傳技術(shù)對這群神經(jīng)元的胞體進行調(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，研究者通過狂犬病病毒介導的逆行跨單級示蹤，發(fā)現(xiàn)VMHPdyn神經(jīng)元可以接收來自全腦的廣泛投射，其投射暗示著VMHPdyn神經(jīng)元可能在多種感覺以及認知刺激的誘導下發(fā)揮體溫調(diào)節(jié)作用。此前，研究者記錄了這群神經(jīng)元在社交行為過程中的鈣活動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，VMHPdyn神經(jīng)元活動增強且體溫上升。
“利用光遺傳技術(shù)抑制VMHPdyn神經(jīng)元，小鼠的社交行為會減少，伴隨的體溫上升也會消失，說明這群神經(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，“該研究填補了體溫調(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，為深入理解恒溫動物體溫穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)和能量代謝神經(jīng)環(huán)路作出了貢獻?！?/p>
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.cmet.2022.05.002
