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走向食物之前:结节核SST细胞的全脑联系

Nature communications · 2025-07-01

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Nature Communications · 研究前沿

走向食物之前:结节核SST细胞的全脑联系

研究描绘小鼠结节核SST细胞的广泛输入和不同输出,进一步发现VTA相关输入与PAG投射群体调节运动和接近食物,摄食量未显著增加。

根据论文主题制作的 AI 科学概念插画

进食包含许多动作:寻找食物、走近食物,再把食物吃下去。大脑里的促食细胞,会不会分别参与其中不同环节?发表于Nature Communications的研究,以结节核(TN)中表达生长抑素的SST细胞为中心,描绘它们收到的信息和发出的轴突。全脑图谱显示,这群细胞的联系远比单一“饥饿开关”复杂;进一步功能实验则把一组输出与运动及接近食物相连,揭示进食相关行为内部的细致分工。

关键发现

TN SST细胞具有广泛下丘脑外输入和多种投射类型;激活PAG输出或VTA来源TN末梢增加运动及食物接近,联合抑制PAG投射群体后增强不再出现,摄食量未显著增加。

阅读目录 · 6个部分

下丘脑深处的细胞,接收全脑多路信息

研究结合病毒示踪、透明化与全脑成像,量化TN SST细胞的输入。下丘脑是最大的来源,同时也可见纹状体、中脑、嗅觉和皮层区域的输入。双侧脑区都有联系,整体图谱呈现广泛的信息汇聚。

前额叶、运动和躯体感觉相关区域也参与这张图谱。前嗅核输入还能在TN SST细胞中引出光诱发突触响应,说明至少这条远距离联系具有功能连接。围绕进食的环境信息,因而有机会进入这一细胞群体。

每个区域提供多少标记细胞,与区域之间如何组合,都是图谱关注的内容。这样描绘输入,既保留下丘脑的突出位置,也把分散在其他区域的联系放到同一张全脑地图上。

外侧下丘脑输入还呈现细胞之间的差异:约六成被记录TN SST细胞收到这份输入,其中可见谷氨酸相关响应、混合响应以及未进一步确定的类型。一个上游脑区,也能给同一标记群体提供不同的信号组合。

原论文图 1TN SST的全脑输入
TN SST的全脑输入
原文图1:全脑输入分布、输入比例及前嗅核到TN SST的突触响应。
来源:Senol E et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
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两类促食细胞,收到的信息比例不同

研究用相近框架比较TN SST与弓状核AgRP细胞。AgRP输入更集中在下丘脑,TN SST则有更多下丘脑之外的来源。来自外侧下丘脑的输入也不同:记录到响应的AgRP细胞比例较低,响应幅度较小。

TN SST来自VTA等调节中心的输入更突出,相应受体表达也呈差异。超过一半TN SST细胞表达Drd1,胆碱能受体Chrm1也较常见。输入地图与受体特点共同提示,两类促食群体可能接收不同的状态信息。

促食功能相近,不代表细胞收到的信息相同。与身体营养状态相关的区域,以及参与环境和状态加工的区域,可以以不同的比例汇入这两群细胞。图谱展示的正是这种输入组合的差别。

原论文图 2输入比例与受体表达的比较
输入比例与受体表达的比较
原文图2:TN SST与AgRP的输入分布比较,及多巴胺、胆碱能受体RNA标记。
来源:Senol E et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
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同一个区域的细胞,轴突去向各不相同

研究重建一百八十六个TN SST细胞的轴突,发现它们主要投向同侧,也能延伸到多个下丘脑外区域。根据轴突分布可分为五类,PAG、终纹床核BNST、外侧隔及丘脑等区域参与不同投射图案。

BNST是常见的下丘脑外去向。部分投向BNST的细胞很少延伸到PAG,另一些细胞则有更广泛分支。这里描绘的是轴突长度与走向,显示TN SST并非一组拥有相同出口的细胞。

输入与轴突分布合看,部分区域与TN有双向联系,另一些区域主要提供输入。例如,外侧隔的双向联系较明显,伏隔核和尾壳核则偏向向TN提供信息。输入与输出的方向差别,让全脑网络有了更丰富的组织方式。

原论文图 3TN SST单细胞投射图谱
TN SST单细胞投射图谱
原文图3:一百八十六个重建细胞的轴突分布、投射聚类及输入输出的区域比较。
来源:Senol E et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
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输出不同,输入图案也有细微区别

研究再选择投向PVN、BNST、CeA或PAG的TN SST细胞,分别观察输入。四组总体图案相似,PVN与BNST相关群体尤其接近;PAG相关群体的输入则有若干不同特点。

这使图谱从区域平均走向输出相关的细胞群体。多个脑区的信息可能广泛到达TN,同时又以不同组合进入不同出口。研究随后选中VTA与PAG之间的这份联系,检验它是否参与进食相关行为。

原论文图 4不同投射群体的输入
不同投射群体的输入
原文图4:四类投射相关群体的输入相关性、分布差异及作者提出的输入输出模型。
来源:Senol E et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
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激活这份输出,运动增加而速度未明显改变

PAG投射群体收到的VTA相关输入中,约三成标记细胞带多巴胺相关TH标记。食用高脂食物后,投向TN的多巴胺相关细胞中,约四成带c-Fos活动标记,提示这份输入与食物情境有关。

光激活TN SST在PAG的末梢,动物移动距离增加,但所测移动速度未显著改变。无食物时也能观察到运动增加,而BNST末梢刺激未显著增加运动。不同输出方向,因而呈现不同的运动调节效果。

原论文图 5多巴胺相关输入与PAG末梢结果
多巴胺相关输入与PAG末梢结果
原文图5:输入细胞标记、高脂食物后的活动标记,以及PAG末梢激活增加移动距离但速度未显著改变。
来源:Senol E et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
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调动PAG投射群体,影响接近食物的动作

激活VTA多巴胺相关末梢时,PAG投射TN SST细胞的放电增加。动物实验中,同样的输入激活增加运动及接近食物口的次数,摄食量未显著增加。走到食物旁边与把食物吃下去,在这里出现不同反应。

当研究同时抑制PAG投射TN SST群体,运动和接近次数的增加不再出现。这项包含雌雄成年小鼠的研究,因而把一份全脑图谱落到具体行为:TN SST的不同输入与输出,可以参与进食相关过程中的不同组成部分。

原论文图 6VTA相关输入与投射群体联合调节
VTA相关输入与投射群体联合调节
原文图6:VTA来源末梢激活的细胞、运动和食物接近结果,及同时抑制PAG投射群体后的变化。
来源:Senol E et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
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论文信息

Senol E, Wang M, Xin Y, Jiao Z, Mohammad H, Yeo XY, Si T, Young DM, Huang H, Wang Y, Li Q, Jung SY, Xu X, Zhang P, Fu Y.
Brain-wide input-output analysis of tuberal nucleus somatostatin neurons reveals hierarchical circuits for orchestrating feeding behavior
Nature communications · 2025-07-01
DOI: 10.1038/s41467-025-60585-9