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Nature:鉴定出大脑中调节口渴的神经回路

来源:本站原创 2018-03-05 19:13

2018年3月5日/生物谷BIOON/---小鼠大脑中有三个处理口渴的区域:穹窿下器官(subfornical organ, SFO)、下丘脑终板血管区(organum vasculosum laminae terminalis, OVLT)和正中视前核(median preoptic nucleus, MnPO)。这些区域一起在前脑(靠近大脑的前部)中形成一种被称作终板(lamina terminalis, LT)的片状结构。大脑的大部分区域都受到几乎不可渗透的血脑屏障的保护,其中血脑屏障是一层紧密堆积的细胞,将血液与大脑分隔开。但是在大脑的SFO和OVLT中,情况并非如此---它们直接与小鼠的血液交界,从而允许这两个区域测量血液中的钠离子含量或者说盐度,其中盐度表征水化状态。因此,LT是参与口渴调节的主要结构。
图片来自Caltech。

美国加州理工学院(Caltech)生物学助理教授Yuki Oka和其他人在之前的研究中已证实SFO、OVLT和MnPO各自含有所谓的兴奋性神经元,当受到刺激时,它们会促发饮水行为。

在一项新的研究中,Oka及其团队发现MnPO是口渴调节中心。它接收来自SFO的兴奋性输入信号,但是反之则不会。该团队还发现当通过遗传手段让MnPO中的兴奋性神经元遭受沉默时,刺激SFO或OVLT并不会诱导饮水行为。这项研究揭示出LT中的一种分层组装的口渴通路:MnPO将来自SFO和OVLT的口渴信号整合在一起,并将它们传递到下游的大脑区域,从而诱导饮水行为。相关研究结果于2018年2月28日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Hierarchical neural architecture underlying thirst regulation”。

在血液补充水分前,抑制性神经元阻止饮水

该团队还发现另一种参与口渴的急性饱足感(acute satiety)的神经回路。

Oka说,“当你缺水时,你可能会在几秒钟内吞下水,你会产生饱足感。但是,你的血液在那时还没有补充水分:它通常需要10~15分钟的时间。因此, SFO和OVLT不能够在饮水后马上就检测到血液获得水分补充。然而,即使在身体获得充足的水分补充之前,大脑在某种程度上知道何时停止饮水。”

鉴于身体补充水分和大脑中的饱足信号之间存在着时间差异,这些研究人员推断定存在某种抑制饮水行为的快速信号。其他的研究团队近期已证实LT中的兴奋性神经元在开始饮水后快速地受到抑制。然而,导致这种快速的口渴饱足感的神经回路仍然是未知的。

Oka团队发现MnPO中的某些所谓的抑制性神经元立即对饮水行为作出反应并对SFO中的口渴神经元提供直接的抑制。这些抑制性神经元特异性地被摄入的液体而不是被摄入的固体激活。这些研究人员推测,这种抑制性神经回路监控通过口咽部的运动摄入的液体,这进而精确地抑制口渴神经元。

论文第一作者Vineet Augustine 说,“当你真正口渴并快速地吞下液体时,喉咙的移动方式与摄入食物时的不同。我们认为这种抑制性神经元群体对这种快速摄入水时的运动作出反应。”

更多的饱足信号有待发现

尽管MnPO中的抑制性神经元编码饮水诱导的口渴神经元抑制,但Oka团队预测大脑会使用额外的饱足信号。

Oka说,“我们发现的抑制性信号仅在饮水期间才会出现。但是,饱足感的确会持续更长的时间。这表明MnPO中的抑制性神经元不会成为口渴饱足感的唯一来源。这将成为未来研究的主题。” 尽管这些研究结果是在小鼠大脑中开展的,但是人类大脑存在着类似的区域。这些研究人员说,人类大脑中也可能存在着一种类似的口渴神经回路来控制饮水行为的激活和抑制。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Vineet Augustine, Sertan Kutal Gokce, Sangjun Lee et al. Hierarchical neural architecture underlying thirst regulation. Nature, Published online: 28 February 2018, doi:10.1038/nature25488

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