冷暖改变食欲,视前区两群细胞分头响应
小鼠视前区的两群谷氨酸能细胞,分别联系促食与抑食方向。它们对环境冷暖的钙响应不同,下游接收群体干预也揭示温度相关摄食的分工。
天冷时多吃一点,炎热时食欲降低,身体的热量需求怎样进入进食决策?2022年7月22日发表于 Nature Communications 的研究,在小鼠内侧视前区前腹侧及室周部分(apMPOA)找到两群相邻细胞。它们都带有谷氨酸能标记,却通向不同目标:一路抵达弓状核(ARC),另一路抵达下丘脑室旁核(PVH)。从环境冷暖到细胞钙响应,再到摄食变化,研究呈现了温度信息与能量摄入之间的具体联系。
激活apMPOA在ARC的末梢促进摄食,在PVH的末梢则抑制摄食。抑制或减少PVH中接收apMPOA输入的细胞,提高摄食并削弱受测温度间的摄食差异。
阅读目录 · 7个部分
饥饿之外,还有环境的冷暖
在受测环境中,热暴露使小鼠摄食减少,冷暴露使摄食增加,直肠温度却没有相应改变。进食调整可能参与维持热平衡,而不只是已经发生体温失控后的反应。
禁食后的apMPOA出现较多活动标记,再进食后降低,其中许多与谷氨酸能细胞重叠。群体钙记录也显示,这类细胞在开始进食后信号逐步下降,受测GAD2群没有同样变化。这一区域同时关联饮食状态与温度调节,成为研究交汇点。
来源:Qian S et al. · Nature communications · CC BY
查看原图与英文图注 ↗
整体激活,吃得少也伴随散热变化
激活较广的apMPOA谷氨酸能细胞,食物摄入大幅下降,同时尾部散热增强、棕色脂肪产热减少,体温降低。小鼠还出现筑巢行为。受测GAD2群激活没有同样的摄食和体温改变。
这不是一个只有食欲改变的场景:小鼠在调整热量收支,也改变了行为安排。为了分辨哪些输出更直接关联摄食,团队继续沿轴突寻找下游,把整个脑区的综合效应拆成不同方向。
来源:Qian S et al. · Nature communications · CC BY
查看原图与英文图注 ↗
同为兴奋性输出,摄食方向却相反
在ARC内激活apMPOA末梢,小鼠吃得更多;在PVH内激活末梢,摄食减少。两种效应在受测冷、热和中性环境中都能观察到,却没有相应的直肠温度改变或明显筑巢反应。
ARC与PVH都参与摄食调节,但内部包含多种细胞。输出送到哪里,比单看来源是否谷氨酸能更能解释行为方向。另一条DMH输出虽也伴随少吃,却明显引起筑巢,研究因此没有将其视为同样清晰的直接摄食效应。
来源:Qian S et al. · Nature communications · CC BY
查看原图与英文图注 ↗
从接收端看,PVH群体改变了温度相关差异
研究随后标记接收apMPOA输入的下游细胞。减少或抑制ARC接收群,摄食下降;对PVH接收群作相应干预,摄食升高。接收端的结果与末梢激活相呼应,但观察对象换成了这些细胞本身。
更特别的是,PVH接收群受干预后,冷、中性与热环境之间的摄食差异不再显著;ARC接收群受干预后,摄食虽降低,温度相关差别仍存在。两路都能改变食量,PVH这一端却更突出地关联了食量怎样随环境变化。
来源:Qian S et al. · Nature communications · CC BY
查看原图与英文图注 ↗
环境变冷与变热,招募不同输出群
记录投向ARC的apMPOA细胞,冷环境使钙信号升高,热环境没有相应响应。PVH投射群则在热环境中升高、冷环境中降低。两群对冷暖的不同活动,与各自促进或抑制摄食的方向联系起来。
局部接触冷热板的结果并不相同:ARC投射群没有显著响应,PVH投射群主要在局部冷刺激时下降。整片环境带来的热挑战,与身体局部的温度接触,调动细胞的方式有所区别。
来源:Qian S et al. · Nature communications · CC BY
查看原图与英文图注 ↗
相邻细胞,接收的上游线索也有侧重
双重追踪显示,两类投射细胞相邻分布,却只有较少重叠。上游解剖追踪进一步发现,PVH投射群接收较多臂旁核背侧亚区相关输入,ARC投射群则更多联系外侧亚区;其他上游来源也有区别。
臂旁核早已与温度信息传递联系在一起,这次结果给出了更细的连接图。这里新增的是输入分布证据;这些上游分支如何实际调节摄食,仍需功能干预接续。
PVH投射群还较多接收后部终纹床核、孤束核及杏仁核相关输入。两类细胞的分工因而不只是一对冷暖标签,它们置身于更广的信息网络,可能把身体状态和环境线索一起带入摄食调节。
来源:Qian S et al. · Nature communications · CC BY
查看原图与英文图注 ↗
分子身份,为两群细胞增添辨识线索
转录本比较与原位标记显示,ARC投射群较多表达甘丙肽受体GalR1,PVH投射群较多表达apelin受体Aplnr,但都不是覆盖全部成员的专属标签。局部相关药物也能改变摄食,提示这些分子值得继续研究。
研究使用成年雌雄小鼠,把环境、饮食状态与两路输出联系起来。它勾勒的不是一个统一的食欲开关,而是相邻群体的不同响应与协同;具体接收细胞类型、上游温度输入和受体作用怎样衔接,仍有待进一步厘清。
药物效应也随环境而变。NPY在中性温度下促进摄食,在热与冷环境中却没有显著效果,受测NPY1受体阻断同样未显著改变摄食。分子与行为的联系,仍要放回具体情境理解。
来源:Qian S et al. · Nature communications · CC BY
查看原图与英文图注 ↗