通过神经整合控制普通水螅（Hydra vulgaris）的排水过程

《Current Biology》：Control of water excretion in Hydra vulgaris by neural integration

　　

亮点

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水螅会在胃腔中积聚水分，并定期通过口腔将其排出。

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内胚层RP2神经元在水分排出前会增强其活动直至达到某个阈值。

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刺激内胚层RP2神经元可以引发水分排出。

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RP2神经元产生的GLWamide肽能促进水分排出。

摘要

Hydra vulgaris是少数生活在淡水环境中的刺胞动物之一。为了了解这一适应机制，我们研究了水螅的渗透调节机制。行为影像学研究表明，水螅会逐渐在胃腔中积聚水分，并定期通过口腔将其排出。比较遗传学分析发现，水螅的内胚层上皮中表达独特的Aquaporin水通道蛋白；超微结构数据表明胃腔附近存在小而透明的囊泡，这可能提示了水分释放的途径。进一步研究发现，内胚层 rhythmic potential 2 (RP2) 神经元在水分排出前会增强活动，直到达到某个阈值，此时嘴巴会张开，随后其活动会突然下降。RP2活动的变化过程可以通过脉冲计数和泄漏积分算法很好地模拟（积分时间窗口为30秒），这一过程会特异性地激活口腔附近的上皮肌肉细胞。实验证实RP2在此行为中起关键作用：双重光子激活RP2神经元能引发水分排出，而破坏RP2神经元则会改变这一过程。此外，由RP2神经元合成的GLWamide肽也能促进水分排出。我们得出结论：RP2神经元的激活及其产生的GLWamide家族肽的释放共同促进了水分排出，并提出了该渗透调节周期的时间整合和顺序调控机制模型。我们的研究表明，简单的神经系统可以利用神经整合机制和基于肽的信号通路来协调行为和生理过程。

图解摘要