历时三年,Nature让一个观点从单薄到充实,发现口渴完整传递信号

水是喝到肚子里去的,为何大脑知道不渴了?

【字体: 时间:2019年03月28日 来源:生物通

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  咸的味道如何传递的呢?

  

生物通报道:现如今告诉你如何喝水的各种专家建议满天飞,但是你有没有想过,感到口渴时需要喝水,喝水是喝到肚子里的,大脑如何能知道我们已经喝够了呢?来自加州大学旧金山分校的一项最新研究也许能回答这个问题。

一直以来,科学家们都认为大脑中一个称为下丘脑的区域在检测到我们血液中水合作用下降时,就会发出口渴的信息,但是加州大学旧金山分校的神经科学家Zachary Knight博士认为这可能并不是完整的过程,特别是喝下一杯令人清爽的饮料,立即就感觉解渴了,而不会需要10分钟或更长时间去真正改变我们的整体水合水平。

2016年,Knight实验室的研究生Christopher Zimmerman发现了一套预测口渴并且提前调节体液不平衡的神经元群,指出了脑内穹窿下器在口渴的预期调控中发挥的重要作用,从而解释了为何小鼠喝入了一杯饮料后,通过关闭下丘脑中的口渴神经元,而感到不渴了。这些传感器似乎能根据动物吞咽的液体量来预测饮料的水合程度,尤其是冷饮,这解释为什么冰镇饮料让人感觉如此爽口。

“这种来自口腔和咽喉的快速信号似乎能跟踪了你喝多少,并与你身体所需的量进行匹配,”Zimmerman说,“但我们也知道这个快速信号无法解释所有的事情。”

特别是,研究人员想知道大脑是如何确切知道饮料的水合程度的。毕竟,海水不能解渴,但它也会激活口腔和喉咙中许多与冰箱中的冰水相同的受体。

在最新发表于3月27日Nature杂志上的这篇文章中,Zimmerman等人采用了植入到下丘脑附近的柔性光纤来观察摄入了盐水的小鼠口渴神经元的活动。

与该团队早期的研究结果一致,一旦口渴的动物喝了一杯水,这些神经元就会变得安静,但随后迅速重新开启,好像有其他一些传感器正在检测动物刚喝的水,并提醒大脑:“太咸了,还是保持口渴的信号!”

为了解释这个过程,研究人员将液体直接注入口渴的小鼠的胃中,观察它们口渴神经元的活动情况。结果发现,注入淡水会使这些细胞失活,就像喝一杯饮料一样,但注入盐水后,口渴神经元仍保持活跃状态​​。如果小鼠接受的是盐水输注,然后再喝纯净水时,它们的口渴神经元最初时保持安静,但很快又重新开始活动,好像发出了需要多喝水,对冲胃中加入的盐水的信号一样。

这些结果表明,Zimmerman在2016年发现的口腔和咽喉中的传感器让大脑暂时解渴,奖励给喝水的机体,但是口渴神经元会根据肠道中的第二级传感器来审查这一决定(作者表示也有可能是在小肠中开始的),评判饮料对动物的补水效果,并告诉它是否需要继续饮用。

“有趣的是,盐水对于水合充足的小鼠来说不会启动喝水信号,只是对已经口渴的小鼠才有用。这表明来自肠道的信号是开启喝水信号的条件,只有实际上缺水才会开启这个信号。”

研究表明,肠道的水合信号是通过迷走神经传播的,研究人员采用光遗传学技术,利用光束激活或关闭特定的神经元组,位于大脑的穹窿下器(SFO)将信息传递到附近的中位视前核(MnPO),驱动动物饮用并告诉肾脏保存血液中的水来做出反应。

此外,研究人员也发现,MnPO中的一部分单个神经元似乎对来自口腔和咽喉的饮水信号,来自肠道的饱食信号以及来自血流的动物整体水合水平信号做出了反应和整合。

“这是我们第一次能够实时观察单个神经元整合来自身体不同部位的信号,控制饮水的行为,”Knight说, “这为研究所有这些信号如何相互作用打开了新的大门,例如压力或体温如何影响口渴和食欲的。”

除了研究SFO和MnPO神经元的正常功能外,研究人员希望利用这些新发现来了解这些神经元如何调节体内液体平衡的,这可以用于解释高血压等疾病的起源。

“下丘脑是保持健康生理的关键核心,它作用于水合作用,食欲,确保我们的温度适当,还是控制血压,所有这些需求都会相互竞争和相互改变,”Knight说,“很难研究所有这些因素如何在活体动物的大脑中相互作用,但我们的这项研究走出了第一步。”

(生物通:万纹)

原文检索:

Christopher A. Zimmerman, et al., "A gut-to-brain signal of fluid osmolarity controls thirst satiation," Nature. Published online March 27, 2019. doi: 10.1038/s41586-019-1066-x



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