Nature揭秘:誰控制著你的喝水行為?
日期:2016-08-08 08:57:21
最近,加州大學舊金山分校(UCSF)的一項新研究表明,在小鼠中有一些特化的腦細胞可“預測”喝水的補水效果,從而在喝入體內的液體真正改變血液組成之前很久就停止活動。這一結果與目前“口渴調控”的觀點形成了鮮明的對比,后者認為,當大腦檢測到液體誘發的血液濃度或體積變化時,它可以停止飲用的腦信號。
相關研究結果發表在2016年8月3日的《Nature》雜志,本文通訊作者、加州大學舊金山分校的Zachary Knight博士解釋說,口渴的神經元位于大腦的穹窿下器(SFO),當它們感覺到血容量下降或當血液變得過于濃縮時,會使我們有口渴的感覺。但是相同的信號轉導機制不能反向運作來提醒我們停止喝水,因為當一個人開始喝水時,之后不久他就喝足了。目前的理論也不能解釋“為什么我們通常喜歡在吃東西的時候喝點東西?”。
生理學助理教授Knight說:“你喝了一杯水,立即就感覺你不口渴了,但它實際上這杯水到達你的血液需要幾十分鐘的時間。你吃的東西咸,你就立即開始感到口渴,即使食物僅僅還在你的嘴里。口渴響應血液變化的主導模式并不能解釋這一問題。”
該研究小組采用一種技術,使小鼠大腦中特定的靶向神經細胞群,能在活躍的時候發出明亮的熒光,當小鼠喝水時,他們用光纖探針測量SFO神經元的活動。他們發現,在小鼠開始喝水之后,SFO神經元活動幾乎立即關閉,在這之后不久小鼠停止喝水。這些事件的短暫時間規模表明,SFO不僅僅只作為血液成分的監視器,而且肯定也與口腔和喉嚨中快速檢測食物和水的傳感器有關聯。
為了確認口腔傳感器和SFO神經元之間的關系,該研究小組讓小鼠整夜都缺水,并在它們再次獲得水的時候,用遺傳學方法——用遺傳學手段改造特定的細胞,所以通過光纖傳遞的光可激活或抑制這些細胞——關閉SFO神經元活性。盡管缺水,但是血液中假定的變化,會導致小鼠沒有喝水。但是當研究人員停止沉默SFO神經元的時候,小鼠喝了很多水。
研究人員使用了類似的方法來探索“為什么飲食往往促使人們喝水,為什么找到一種冷飲的時候會讓人精神為之一振?”。
本文第一作者Christopher Zimmerman指出:“當你坐下來吃飯時,喝一杯飲料是非常普遍的事情,我們一直不明白為什么——為什么你要咬一口食物,然后要喝一點水。幾乎每個人都會鍛煉或者做一些運動,這使你變得確實非常口渴,在喝一杯冷水之后,幾乎本能地感覺好多了。但是為什么冷水似乎能更迅速地緩解你的口渴呢?”
為了回答第一個問題,研究人員整晚都沒有給小鼠食物,在第二天早上給它們提供了食物,但沒有提供水。當小鼠開始吃東西時,SFO神經元幾乎立即發光。在同時獲得食物和水的小鼠中,口渴的神經元活性也增加,當研究人員抑制了這些神經元的活性時,盡管小鼠繼續進食,但是降低了飲水量。
當小鼠獲得裝有不同溫度的水的瓶子時,研究人員發現,盡管所有的小鼠喝了很多的水足以關掉SFO神經元,但是如果小鼠喝的水是冷水時,它明顯需要更少的舔舐來抑制SFO神經元。通過把冰冷的金屬——類似于動物水滴管,放到小鼠嘴里,科學家們把注意力集中在溫度,作為SFO活性的一個重要因素。經證明,冰冷金屬可以像冷水那樣有效地關閉SFO細胞的活性。
這項新研究是Knight以前針對小鼠饑餓神經元的工作的一個延伸,由于那項工作,在2015年他被授予國家健康研究院的創新獎。在那項研究中,他的團隊使用類似的技術首次記錄了饑餓神經元的活性,并表明,在小鼠真正吃任何東西之前,它們看到或聞到食物都會使這些神經元關閉——這一令人驚訝的發現,與《Nature》發表的這一研究相一致,就像口渴神經元能“預測”喝水產生的身體變化,在小鼠真正吃飽喝足之前很久,饑餓神經元就關閉了。
多年來,科學家們一直都懷疑口渴是受到下丘腦處的穹隆下器(subfornical organ, SFO)中神經元的調控,但是要精確指出參與的神經元,這十分困難。來自哥倫比亞大學醫學中心的神經學家發現,啟動我們口渴感覺的神經元,與將其關閉的神經元并不相同,這一研究成果公布在2015年1月26日Nature雜志在線版上。
2015年10月,加拿大麥克吉爾大學健康中心研究所(RI-MUHC)和美國杜克大學的科學家,取得的一項突破性進展,可有助于我們理解“我們的大腦如何感知和防止脫水”。他們確定了位于大腦中的一個關鍵蛋白的結構,該蛋白參與體內的水合作用,并能控制溫度。這項研究結果發表在《Cell Reports》雜志。
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