身体怎样退热:脑干为少生热、多散热分工
小鼠脑桥臂旁核中,两类细胞共同抵御升温,却分别偏向压低棕色脂肪产热与增加尾部散热。
天气变热,身体既要关小内部“暖炉”,也要打开散热通道。这两件事由大脑统一发号施令,还是在信息传递途中就已分工?2020年9月2日发表于 Science Advances 的小鼠研究,把目光投向脑干的外侧臂旁核(LPB)。研究发现,通向下丘脑视前区的两类细胞,都能帮助体温下降,却分别牵动不同的降温环节,让看似整齐的体温数字背后,显出精细的神经分工。
Pdyn标记的LPB输入偏向抑制棕色脂肪产热,CCK标记的输入则促进尾部散热;两群细胞也影响寒战,形成有分工又有交汇的热防御。
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降温有两只手:少造热,多放热
哺乳动物的体温并不是环境温度的简单倒影。棕色脂肪能够消耗能量产生热量,皮肤血流则帮助热量离开身体。对小鼠而言,尾巴是重要的散热部位。环境升温时,尾部温度上升,同时棕色脂肪的产热受到抑制,身体从供暖转向防热。
LPB把身体的温度信息送往视前区。增强其中通向腹内侧视前区(VMPO)的谷氨酸能输入,能够同时降低核心与棕色脂肪温度、升高尾部温度。几种变化一起出现,提出了一个问题:同一条大路上,是否已经有通往不同降温任务的车道?
来源:Yang WZ et al. · Science advances · CC BY-NC
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两群细胞,都能听见温暖
团队找到分别带有Pdyn和CCK分子标记的两群LPB细胞。它们大多属于谷氨酸能细胞,彼此重叠较少。温暖会招募这两群细胞,但招募方式并不相同:随着热刺激增强,CCK群体在热响应细胞中的占比进一步增加。
钙信号记录进一步显示,两群细胞及其通向VMPO的末梢都响应温暖,响应也随温暖程度增强。Pdyn胞体还对降温出现短暂的小幅响应,而其VMPO末梢的降温响应不显著。温度信息到达不同位置时,已经带有群体与投射的差别。
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通向同一区域,承担不同工作
两群细胞都与VMPO建立直接兴奋性联系,增强各自的VMPO输入,也都能让核心体温下降。不过,通往背内侧下丘脑的对应输入,在受测条件下未显著改变核心体温。降温效应与信号抵达的位置有关。
单看体温下降,两条输入似乎完成同一件事。接下来同时观察棕色脂肪、尾部和寒战,才显出它们各自偏重的环节。体温计显示的是总账,器官的变化则揭示了这笔热量是怎样省下或散掉的。
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Pdyn这一支,先关小棕色脂肪暖炉
增强Pdyn标记的LPB至VMPO输入后,棕色脂肪温度先于核心体温下降,而且下降更快、更明显;尾部温度没有显著升高。这种先后顺序与减少内部产热相吻合。寒战也部分减弱,使身体少了一项额外的热源。
当棕色脂肪失去交感神经支配,这条输入带来的降温效应消失;压低视前区谷氨酸能群体活动,也使核心与棕色脂肪的温度下降消失。几项结果把这支输入与视前区调控的棕色脂肪产热联系起来。
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CCK这一支,让尾巴成为散热出口
CCK标记的输入呈现另一番景象:尾部明显升温,核心体温下降,寒战也受到抑制。棕色脂肪温度虽然同样下降,时间却与核心体温接近,更像是跟随全身降温,而不是率先关掉产热。
即使棕色脂肪失去交感神经支配,CCK输入仍能降温。这与Pdyn输入形成鲜明对照:一支主要减少热量生产,一支偏向增加热量流出。两者都能压低寒战,又说明这些降温任务并非完全彼此隔绝。
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缺少这条产热刹车,温暖环境更难应付
研究随后降低投向视前区的Pdyn细胞活动。处于温暖环境时,小鼠核心体温和能量消耗增加,棕色脂肪温度也升高;寒冷环境下的核心体温则没有显著变化。活动量在受测环境中基本稳定,热量变化因而并非伴随普遍的运动增加。
到了温暖阶段后期,尾部温度也有所升高,可能是身体面对更高核心体温作出的补偿。身体仍在努力散热,却难以抵消产热刹车失灵后的负担。这使Pdyn群体的作用从“能够降温”延伸到日常热防御中的实际贡献。
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两条降温路线,连接体温与能量收支
降低视前区投射相关CCK细胞活动后,尾部升温延迟,小鼠在温暖环境中更容易积热;寒冷环境的核心体温仍无显著变化。相同群体活动降低还加重了炎症性发热,显示散热这一端的调节也影响发热幅度。
另一组范围更广的Pdyn群体实验,把产热分工接到了能量收支:降低该群体活动后,能量消耗增加,高脂饮食期间体重增长减少,而进食量和活动量未显著变化。两群细胞的分子标记提示了分工,具体肽信号和下游细胞怎样接力仍待厘清。这些小鼠结果让体温调节呈现为多部件协作,也把热防御与代谢之间的联系变得具体。
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