嚙齒動物和靈長類動物在應對環(huán)境溫度挑戰(zhàn)時，都已進化到協(xié)調食物攝入以維持熱穩(wěn)態(tài)。然而，有關溫度協(xié)調攝食行為的神經機制仍然未知。

有文獻指出內側視前區(qū) (MPOA) 的神經元群對環(huán)境溫度有反應。對山羊、大鼠或豬的 MPOA 進行局部熱操作（加熱、冷卻或損傷）會導致快速進食行為或停止，無論它們*初的飲食狀態(tài)如何。此外，基因激活 MPOA 神經元甚至可能導致小鼠進入冬眠或麻木狀態(tài)，表現為體溫過低和厭食。

在此背景下，2022年7月22日，陸軍軍醫(yī)大學周藝，熊鷹及錢紹文共同通訊在Nature Communications 在線發(fā)表題為“A temperature-regulated circuit for feeding behavior”的研究論文，揭示了內側視前區(qū)（MPOA）兩類神經環(huán)路協(xié)調攝食行為應對環(huán)境溫度變化。

首先，課題組驗證了溫度依賴性攝食行為的行為模式，即暴露于溫度箱內2小時的小鼠進食量在高溫時減少而在低溫時增加。為了探究中央溫度敏感核是否參與溫度調節(jié)攝食行為，課題組對剝奪食物的小鼠進行丘腦的C-FOS信號檢測，結果顯示內側視前區(qū)的前腹側腦室周圍部分（apMPOA)神經元大量激活，且tdTomato染色結果顯示激活的神經元大部分是興奮性神經元。此外，光纖鈣成像技術發(fā)現在進食過程中apMPOA興奮性神經元鈣信號在5分鐘內顯著減少，即活性降低，表明apMPOA興奮性神經元能夠響應飲食狀態(tài)的改變。

隨后，課題組使用光敏感通道蛋白技術發(fā)現小鼠apMPOA谷氨酸能神經元被光激活后飲食量顯著減少。此外，課題組發(fā)現光刺激小鼠apMPOA谷氨酸能神經元將通過抑制棕色脂肪組織和尾血管舒張散熱來自動調溫，且只有激活此類神經元可以誘發(fā)抗寒和筑巢行為，從而間接影響攝食量。

為了找出apMPOA谷氨酸能神經元的下游靶點，課題組對饑餓狀態(tài)下小鼠進行病毒示蹤結合C-FOS染色發(fā)現終紋床核（BNST）、杏仁核（BLA）、下丘腦室旁核（PVH）、弓形核（ARC）、外側下丘腦（LH）、背內側下丘腦（DMH）等多個腦區(qū)腦區(qū)C-FOS信號增加。但在這些腦區(qū)中，光激活apMPOA→ARC和apMPOA→PVH/DMH分別增加和減少攝食量，而激活腦區(qū)并不引起飲食行為的變化。此外，課題組隨后通過AAV-flex-taCasp3-TEVp技術特異性凋亡上述三個腦區(qū)的神經元，發(fā)現PVH和ARC神經元凋亡分別增加和減少小鼠攝食量，且慢性抑制這兩種環(huán)路也會產生相同的效果。而DMH神經元的凋亡并不影響攝食行為。

為了探究apMPOA→ARC/PVH是否根據環(huán)境熱輸入來調控攝食行為，課題組采用鈣成像記錄兩個環(huán)路的神經活動，結果顯示：局部升溫過程中(25 → 40 °C) ARC和PVH神經元鈣活動無變化，但在局部降溫過程中(25 → 10 °C) PVH神經元鈣活動信號下調；在環(huán)境溫度升高過程中ARC鈣活動無變化，但PVH神經元鈣活動上調；此外，在環(huán)境溫度降低后ARC鈣活動信號增加，而PVH神經元鈣活動信號減少。

*后，課題組探究了apMPOA中ARC和PVH投射神經元是否具有異質性。逆行示蹤實驗結果表明apMPOA→ARC和apMPOA→PVH這兩種投射具有解剖學差異。而進一步的投射特異性RNA測序鑒定出ARC和PVH兩個神經元亞群分別由甘丙肽受體和apelin受體分子標記，且上調和下調兩種受體的表達可以增強和抑制對應通路發(fā)揮效應。

總的來說，本文發(fā)現apMPOA將環(huán)境溫度和食物攝入量交織在一起，在接收來自臂旁外側核（LPB）不同部分的不同突觸輸入時，表達apelin和甘丙肽受體的PVH和ARC投射apMPOA神經元協(xié)調攝食行為以應對環(huán)境溫度的改變。本研究為研究病理性POA病變患者的攝食障礙以及發(fā)熱引起的厭食癥的神經機制提供了可能的切入點。

文章來源

https://doi.org/10.1038/S41467-022-31917-W