Nature揭秘：谁控制着你的喝水行为？

最近，加州大学旧金山分校（UCSF）的一项新研究表明，在小鼠中有一些特化的脑细胞可“预测”喝水的补水效果，从而在喝入体内的液体真正改变血液组成之前很久就停止活动。这一结果与目前“口渴调控”的观点形成了鲜明的对比。相关研究结果发表在2016年8月3日的《Nature》杂志。

　　

生物通报道：最近，加州大学旧金山分校（UCSF）的一项新研究表明，在小鼠中有一些特化的脑细胞可“预测”喝水的补水效果，从而在喝入体内的液体真正改变血液组成之前很久就停止活动。这一结果与目前“口渴调控”的观点形成了鲜明的对比，后者认为，当大脑检测到液体诱发的血液浓度或体积变化时，它可以停止饮用的脑信号。

相关研究结果发表在2016年8月3日的《Nature》杂志，本文通讯作者、加州大学旧金山分校的Zachary Knight博士解释说，口渴的神经元位于大脑的穹窿下器（SFO），当它们感觉到血容量下降或当血液变得过于浓缩时，会使我们有口渴的感觉。但是相同的信号转导机制不能反向运作来提醒我们停止喝水，因为当一个人开始喝水时，之后不久他就喝足了。目前的理论也不能解释“为什么我们通常喜欢在吃东西的时候喝点东西？”。

生理学助理教授Knight说：“你喝了一杯水，立即就感觉你不口渴了，但它实际上这杯水到达你的血液需要几十分钟的时间。你吃的东西咸，你就立即开始感到口渴，即使食物仅仅还在你的嘴里。口渴响应血液变化的主导模式并不能解释这一问题。”

该研究小组采用一种技术，使小鼠大脑中特定的靶向神经细胞群，能在活跃的时候发出明亮的荧光，当小鼠喝水时，他们用光纤探针测量SFO神经元的活动。他们发现，在小鼠开始喝水之后，SFO神经元活动几乎立即关闭，在这之后不久小鼠停止喝水。这些事件的短暂时间规模表明，SFO不仅仅只作为血液成分的监视器，而且肯定也与口腔和喉咙中快速检测食物和水的传感器有关联。

为了确认口腔传感器和SFO神经元之间的关系，该研究小组让小鼠整夜都缺水，并在它们再次获得水的时候，用遗传学方法——用遗传学手段改造特定的细胞，所以通过光纤传递的光可激活或抑制这些细胞——关闭SFO神经元活性。尽管缺水，但是血液中假定的变化，会导致小鼠没有喝水。但是当研究人员停止沉默SFO神经元的时候，小鼠喝了很多水。

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研究人员使用了类似的方法来探索“为什么饮食往往促使人们喝水，为什么找到一种冷饮的时候会让人精神为之一振？”。

本文第一作者Christopher Zimmerman指出：“当你坐下来吃饭时，喝一杯饮料是非常普遍的事情，我们一直不明白为什么——为什么你要咬一口食物，然后要喝一点水。几乎每个人都会锻炼或者做一些运动，这使你变得确实非常口渴，在喝一杯冷水之后，几乎本能地感觉好多了。但是为什么冷水似乎能更迅速地缓解你的口渴呢？”

为了回答第一个问题，研究人员整晚都没有给小鼠食物，在第二天早上给它们提供了食物，但没有提供水。当小鼠开始吃东西时，SFO神经元几乎立即发光。在同时获得食物和水的小鼠中，口渴的神经元活性也增加，当研究人员抑制了这些神经元的活性时，尽管小鼠继续进食，但是降低了饮水量。

当小鼠获得装有不同温度的水的瓶子时，研究人员发现，尽管所有的小鼠喝了很多的水足以关掉SFO神经元，但是如果小鼠喝的水是冷水时，它明显需要更少的舔舐来抑制SFO神经元。通过把冰冷的金属——类似于动物水滴管，放到小鼠嘴里，科学家们把注意力集中在温度，作为SFO活性的一个重要因素。经证明，冰冷金属可以像冷水那样有效地关闭SFO细胞的活性。

这项新研究是Knight以前针对小鼠饥饿神经元的工作的一个延伸，由于那项工作，在2015年他被授予国家健康研究院的创新奖。在那项研究中，他的团队使用类似的技术首次记录了饥饿神经元的活性，并表明，在小鼠真正吃任何东西之前，它们看到或闻到食物都会使这些神经元关闭——这一令人惊讶的发现，与《Nature》发表的这一研究相一致，就像口渴神经元能“预测”喝水产生的身体变化，在小鼠真正吃饱喝足之前很久，饥饿神经元就关闭了。

多年来，科学家们一直都怀疑口渴是受到下丘脑处的穹隆下器(subfornical organ, SFO)中神经元的调控，但是要精确指出参与的神经元，这十分困难。来自哥伦比亚大学医学中心的神经学家发现，启动我们口渴感觉的神经元，与将其关闭的神经元并不相同，这一研究成果公布在2015年1月26日Nature杂志在线版上。（Nature告诉你：渴还是不渴，这是两回事）

2015年10月，加拿大麦克吉尔大学健康中心研究所（RI-MUHC）和美国杜克大学的科学家，取得的一项突破性进展，可有助于我们理解“我们的大脑如何感知和防止脱水”。他们确定了位于大脑中的一个关键蛋白的结构，该蛋白参与体内的水合作用，并能控制温度。这项研究结果发表在《Cell Reports》杂志。（Cell子刊：我们为什么会口渴？）

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Thirst neurons anticipate the homeostatic consequences of eating and drinking
Abstract: Thirst motivates animals to drink in order to maintain fluid balance. Thirst has conventionally been viewed as a homeostatic response to changes in blood volume or tonicity. However, most drinking behaviour is regulated too rapidly to be controlled by blood composition directly, and instead seems to anticipate homeostatic imbalances before they arise. How this is achieved remains unknown. Here we reveal an unexpected role for the subfornical organ (SFO) in the anticipatory regulation of thirst in mice. By monitoring deep-brain calcium dynamics, we show that thirst-promoting SFO neurons respond to inputs from the oral cavity during eating and drinking and then integrate these inputs with information about the composition of the blood. This integration allows SFO neurons to predict how ongoing food and water consumption will alter fluid balance in the future and then to adjust behaviour pre-emptively. Complementary optogenetic manipulations show that this anticipatory modulation is necessary for drinking in several contexts. These findings provide a neural mechanism to explain longstanding behavioural observations, including the prevalence of drinking during meals, the rapid satiation of thirst, and the fact that oral cooling is thirst-quenching.