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。
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。
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。
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
来源:Senol E et al. · Nature communications · CC BY-NC-ND
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