寒冷中的保温分工:小鼠脑内两条路线协同产热
脑干传来的冷信号,不只经过视前区。小鼠研究发现,直达下丘脑背内侧区的另一条路线共同支持冷防御,其中一支更偏向调动棕色脂肪产热。
寒风吹来,身体会发抖,也会悄悄增加产热。让这些反应一起启动的,并非一条简单的指令线。2023年8月15日发表于 Nature Communications 的研究发现,小鼠脑干臂旁核(LPB)传出的冷信号,既能走向熟悉的体温调节区域——视前区(POA),也能直接抵达下丘脑背内侧区(DMH)。两条路线共同守住核心体温,而更细的细胞分工,又让棕色脂肪产热与寒战、心率等反应呈现不同组合。
LPB通向POA和DMH的两条路线对冷防御具有相近且可叠加的贡献。LPB中的SST相关细胞通向DMH的一支,更偏向促进棕色脂肪产热,未显著增加寒战、心率或活动量。
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体温中枢之外,还有一条直接联系
视前区长期被视为体温调节的重要枢纽,DMH则常被放在它的下游。研究从连接关系出发,发现LPB也直接联系DMH。对寒冷有响应的LPB细胞中,通向POA与通向DMH的比例接近;其中还有一部分同时联系两处。
这意味着冷信号不必全部先经过POA,才进入DMH。解剖与脑片结果支持LPB向DMH传递兴奋性输入,也把一个问题推到面前:这条直接联系,是否真的帮助动物抵抗寒冷?
来源:Yang WZ et al. · Nature communications · CC BY
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“正在变冷”与“已经很冷”并不相同
沿LPB到DMH这条联系记录的群体钙信号,对降温的响应明显强于升温。温度开始下降时,信号迅速升高;环境随后稳定下来,响应也逐渐回落,却并不完全丢失对寒冷程度的区分。
有意思的是,不同降温幅度带来的最初峰值相近,较冷稳态下的持续响应却更强。峰值也没有随所有降温速度逐级变化。这条通路呈现的并非简单的“温度越降,峰就越高”,而是对温度变化与寒冷状态的不同响应。
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少一路会失温,两路受限更严重
功能结果支持两条路线共同工作。限制只通向DMH或只通向POA的LPB细胞后,小鼠在多数受测冷环境中出现相近程度的核心体温下降;最严寒条件下,POA相关群体受限造成的下降稍重。温度舒适时,基础体温则没有显著改变。
另一组比较转向接收LPB输入的下游细胞:单独限制POA或DMH相关群体均损害冷防御,同时限制两处,体温下降更明显。受测冷痛反应和温度偏好没有相应显著变化,显示保温能力与这些行为读出可以分开改变。
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一条联系调动多种产热反应
增强LPB到DMH的信号后,小鼠核心体温升高,棕色脂肪温度、寒战肌电、心率和活动量也随之增加。这条联系在寒冷中同样有效,能够减轻当时的低体温。它联系的是一组生理反应,而非孤立的体温数字。
这种诱发升温在POA活动受限时仍可出现;DMH内的谷氨酸能或GABA能细胞群受限,却都会使反应受损。来自LPB的兴奋性输入,进入了一个由不同细胞共同参与的局部网络。
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棕色脂肪先热起来
棕色脂肪的升温先于核心体温,而且温度一度更高,提示它正在主动贡献热量。其交感神经联系受损后,通路诱发的升温减弱;产热相关蛋白UCP1的表达也在信号增强后升高。多项结果把这块组织与整体升温联系起来。
在高脂饮食相关肥胖小鼠中,反复增强这条信号后,体重与脂肪比例较对照更低,累计进食量未显著改变;对照组的体重增长本身也有所放缓。体重结果让冷防御与能量消耗产生联系,但并未把这种小鼠回路效应变成人的减重结论。
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SST相关分支偏向棕色脂肪产热
研究进一步找到LPB中带有生长抑素标记(SST)的相关细胞。它们属于通向DMH的冷响应网络的一部分。增强这一分支,棕色脂肪与核心体温升高,活动量、寒战和心率却未见显著增加,与前面较大细胞群引起的反应组合不同。
去除通向DMH的这类LPB细胞后,小鼠在寒冷中更难维持体温,温暖环境下的受测体温没有显著变化。这里的SST是细胞身份线索,结果指向特定细胞群的功能,并不等同于证明生长抑素分子本身完成了全部作用。
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并行传递,再把任务分给不同细胞
这项小鼠研究把“感到冷”到“产生热”的组织方式描绘得更细:冷信号可以沿平行路线进入下丘脑,多个身体反应共同出场,其中又有更偏重棕色脂肪的分支。并行并不意味着两条路线完全没有重叠,细胞之间仍有共同投射;保温也不是所有效应永远同步。
研究的新认识,是冷防御同时具有协同与分工。身体既需要多条联系一起守住体温,也能由更具体的细胞群调动某一种热源。这比单一“体温开关”的图景,更接近这些小鼠在寒冷中展现的生理协调。
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