Nature:大腦是如何分辨你是哪種口渴的
6天前
神經元類型的獨特組合可以響應并介導不同的口渴狀態。

人體是一個神奇而復雜的體系,即使是科學技術高速發展的今天,我們對人體奧秘的了解也僅僅是冰山一角。人體具有重要的科研價值,因此吸引著一代代科學家不斷探索。最近,科學家揭開了不同口渴方式的細胞基礎,使我們在探索人體奧秘的道路上又前進了一步。

10月14日,來自美國加州理工學院生物與生物工程系的研究人員發現了終板(扁平的神經末梢)末端口渴神經元的多種轉錄組細胞類型,并表明神經元類型的獨特組合可以響應并介導不同的口渴狀態。相關成果發表在《Nature》上。


https://www.nature.com/articles/s41586-020-2821-8

液體攝入是一種基本的先天行為,主要是由兩種不同類型的口渴引起的。血液滲透壓升高導致的口渴會驅使動物攝取純凈水,而體液流失引起的口渴會使動物同時尋求水和礦物質(鹽),以恢復血液量。終板末端的室周器(CVO)是檢測兩種類型的口渴刺激的關鍵部位,然而,如何在大腦中編碼不同的口渴方式仍然未知。

血液滲透壓的升高和/或體液的流失會在穹窿下器(SFO)和下丘腦終板血管區(OVLT)中誘導FOS表達增強,這代表神經激活。為了探究滲透壓和血流壓力不足是否是通過CVO中的相同神經元檢測到的,研究人員采用了一種依賴于活動的遺傳標記策略,以永久標記FOS陽性神經元。結果顯示,高滲鹽水的注射在SFO和OVLT中引起了牢固的標記,相比之下,低血容量引起的FOS標記少得多。這些結果表明,滲透性口渴和低容量口渴激活了CVO中獨特的細胞組。


口渴狀態下的液體消耗,生理變化和神經激活模式

隨后,研究人員采用單細胞RNA測序技術鑒定了引起不同類型口渴的細胞底物。分析結果顯示,SFO和OVLT中分別有12種和13種主要細胞類別。通過進一步研究,他們在SFO中發現了5種興奮性和3種抑制性神經元類型,在OVLT中發現了6種興奮性和2種抑制性神經元類型。


SFO和OVLT中的主要細胞類別和神經元類型

此外,研究人員還發現,不同的口渴狀態激活了CVO中細胞類型的獨特組合。在低血容量下,SFO中的一種興奮性神經元類型Glut1–Htr7和OVLT中的興奮性神經元Glut1–Bmp3被強烈激活,而其他類型的神經元被滲透壓選擇性激活(SFO:Glut5-Rxfp3;OVLT:Glut4-Fam126a和Glut5-Rxfp1)。


調節不同口渴狀態的神經元類型

接下來,研究人員進一步鑒定了與Fos激活模式最相關的遺傳標志物。分析發現,人松弛素/胰島素樣肽受體1(Rxfp1)和前強啡肽原(Pdyn)的表達分別與高滲透性和低容量性口渴下的神經激活模式密切相關。而隨后的基因敲入小鼠實驗也證實了這一點:刺激Rxfp1神經元后,飽足的動物對水表現出強烈的食欲,但拒絕攝入高滲的NaCl和其他鹽;而對Pdyn神經元的光遺傳學刺激則觸發了針對水和高滲鹽溶液的非特異性飲水行為。此外,對Rxfp1陽性神經元的化學抑制可以強烈抑制滲透壓誘導的水攝入,而抑制Pdyn則不能。


在SFO和OVLT中,口渴狀態特定的細胞群激活概括了口渴特定的飲水模式

總之,這項研究闡明了兩種口渴方式的細胞基礎,同時強調了在轉錄組細胞類型水平上解剖神經回路功能的重要性。此外,功能定義的神經元組通常包含亞群,這些亞群具有實現特定行為的相關但截然不同的功能。

參考資料:

[1] The cellular basis of distinct thirst modalities

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