揭示 OVLTGlut-PVN-preBotC 通路：口渴驱动嗅探行为的神经机制新突破

为探究 OVLT 在控制口渴驱动的探索性嗅探行为中的作用，河北医科大学研究人员开展了相关研究。结果表明，高渗刺激显著增加嗅探并激活 OVLTGlut神经元，确定了 OVLTGlut-PVN-preBotC 回路是关键调节因子，为理解口渴和探索行为的神经机制提供依据。

　　在动物的生存策略中，嗅探行为至关重要，它能帮助动物定位和追踪环境中的物体。然而，目前对于这一行为背后的神经机制，科学界还知之甚少。特别是在口渴这种生理状态下，嗅探行为与寻找水源之间的联系以及相关神经调控机制，更是亟待探索。同时，虽然已知终板血管器（OVLT）在口渴和饮水调节中发挥重要作用，但 OVLT 谷氨酸能神经元（OVLT^Glut神经元）对嗅探行为的影响及潜在神经回路机制仍不明确。

为了解开这些谜团，河北医科大学的研究人员开展了深入研究。他们发现，高渗刺激能显著增加小鼠的嗅探行为，同时激活 OVLT^Glut神经元。通过一系列实验，确定了 OVLT^Glut- 下丘脑室旁核（PVN）- 前包钦格复合体（preBotC）通路在口渴驱动的嗅探行为中起着关键作用。这一发现意义重大，它揭示了动物在口渴时如何通过特定神经回路引发嗅探行为，进而提高寻找水源的效率，为深入理解动物的生存行为和神经调控机制提供了重要依据。该研究成果发表在《Cell Reports》上。

研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是通过立体定位病毒注射技术，向小鼠特定脑区注入病毒，以标记、操控神经元；二是采用光纤光度法，实时记录 OVLT^Glut神经元中钙传感器 GCaMP6s 发出的荧光，监测神经元活动；三是利用光遗传学技术，精准激活或抑制神经元，观察对嗅探行为等的影响；四是进行膈神经放电（PND）记录，评估中枢呼吸驱动变化。实验小鼠来自北京维通利华实验动物技术有限公司（C57BL/6J 野生型）和杰克逊实验室（Vglut2-Cre）。

研究结果如下：

1. 高渗刺激诱导嗅探：研究人员利用全身体积描记法（WBP）结合视频记录，监测清醒 C57BL/6J 小鼠的嗅探行为。给小鼠腹腔注射高渗 NaCl 后，小鼠嗅探行为明显增加，表现为呼吸频率（BF）和峰值吸气流量（PIF）上升，且嗅探活动在注射后约 30 分钟内最为活跃，随后逐渐减弱。这表明高渗刺激可诱导小鼠产生显著的探索性嗅探行为。
2. OVLT^Glut神经元介导口渴驱动的探索性嗅探：通过 RNAscope 原位杂交和免疫组化染色发现，OVLT 中 79.1% 的 cFos⁺神经元是谷氨酸能神经元。利用光纤光度法监测发现，注射高渗 NaCl 后，嗅探发作与 OVLT^Glut神经元的 Ca²⁺信号增强高度同步。用光遗传学方法沉默 OVLT^Glut神经元后，高渗溶液诱导的嗅探发作明显减少。这些结果表明 OVLT^Glut神经元在口渴驱动的嗅探行为中起重要介导作用。
3. 光刺激 OVLT^Glut神经元诱导嗅探：向 Vglut2-Cre 小鼠的 OVLT 注入编码 ChR2 的病毒，光刺激 OVLT^Glut神经元后，小鼠迅速出现探索性嗅探发作，BF、PIF 增加，嗅探持续时间延长。同时，在麻醉小鼠中，光刺激 OVLT^Glut神经元可显著增加 PND 频率，表明增强了中枢呼吸驱动，进一步证明激活 OVLT^Glut神经元能诱导嗅探行为。
4. 光刺激投射到 PVN 的 OVLT^Glut神经元引发嗅探行为：运用顺行神经追踪策略发现，OVLT^Glut神经元主要投射到脑桥、丘脑、下丘脑和脑干等区域。选择性光刺激下游靶点发现，刺激 PVN 中的轴突终末可显著增加 PND 频率，在清醒小鼠中可诱导明显嗅探行为，而刺激其他区域效果不明显，说明 PVN 在介导 OVLT^Glut神经元激活诱导的嗅探行为中起重要作用。
5. OVLT^Glut神经元与投射到 preBotC 的 PVN 神经元之间的突触连接：采用三病毒载体方法发现，部分 PVN 神经元既接受 OVLT^Glut神经元的输入，又投射到 preBotC。通过全细胞贴片钳记录发现，光刺激 OVLT^Glut神经元轴突终末，部分 PVN 神经元产生兴奋性突触后电流（EPSCs），且这些 EPSCs 可通过单突触或多突触机制产生，表明 OVLT^Glut神经元可通过单突触或多突触机制调节投射到 preBotC 的 PVN 神经元活动。
6. 消融投射到 preBotC 的 PVN 神经元抑制嗅探并延长饮水潜伏期：向 Vglut2-Cre 小鼠的 PVN 注入编码 caspase-3（Casp3）的病毒，消融投射到 preBotC 的 PVN 神经元。结果显示，光刺激 OVLT^Glut神经元轴突终末时，实验组小鼠嗅探次数明显减少，BF、PIF 和嗅探时间显著降低。同时，高渗刺激后，实验组小鼠嗅探时间增加幅度明显小于对照组，饮水潜伏期延长。这进一步证实了 OVLT-PVN-preBotC 回路在调节口渴驱动的嗅探行为中的关键作用。

研究结论和讨论部分指出，该研究明确了 OVLT^Glut-PVN-preBotC 通路是小鼠在高渗刺激下产生口渴驱动嗅探行为的神经基础。这一嗅探行为是重要的生存机制，能提高环境采样效率，增强寻找水源的能力。该通路整合了内部口渴信号和呼吸运动输出，体现了感觉输入和行为反应之间的复杂相互作用。不过，研究也存在一些局限性，如 OVLT 中 GABA 能神经元的潜在作用有待进一步研究，难以区分 OVLT 和中隔前核（MnPO）神经元对嗅探行为的调控作用，PVN 可能存在调节嗅探的间接通路等。但总体而言，该研究为深入理解口渴和探索行为的神经机制提供了重要线索，对生命科学和健康医学领域研究具有重要推动作用。