Nature：哺乳动物为何在寒冷时吃得更多的神经基础

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题目：Xiphoid nucleus of the midline thalamus controls cold-induced food seeking

期刊：Nature

IF：69.504

发表时间：2023年8月16日

通讯作者单位：拉霍亚斯克里普斯研究所

DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06430-9

主要内容：

在温血动物中，进食和维持体内温度密切相关，哺乳动物在寒冷时会吃得更多，以保持体温。实验发现，大脑丘脑中的一个小核通过直接激活大脑中的奖赏中枢，专门控制寒冷条件下的进食行为。

温血哺乳动物能够保持体内温度。对于包括人类在内的所有哺乳动物来说，每天摄入的热量中有很大一部分用于维持体内温度。如果环境温度降低，哺乳动物也可以调高体内的 "恒温器"；但是，随着环境变得越来越冷，维持稳定体温所需的燃料也越来越多。作为补偿，哺乳动物在寒冷时会吃得更多。因此，维持体内温度（又称体温调节）和进食是哺乳动物生物学中相互交织的基本环节。然而，负责这种耦合的神经回路并不清楚。我们试图找出体温调节与摄食之间联系的神经基础。

小鼠为研究体温调节与摄食之间的联系提供了一个很好的模型系统，因为与室温环境相比，当小鼠生活在 4 °C 的环境中时，它们的食物摄入量会增加一倍1。我们对小鼠的新陈代谢率（能量消耗率）和食物摄入量进行了实时跟踪。当我们将环境温度从 23 °C（室温）变为 4 °C（低温）时，能量消耗的增加与食物摄入量的增加密切相关。我们将这种摄食量增加的原因定义为寒冷诱导的能量补偿（CIEC）。小鼠在寒冷环境中的行为视频显示，虽然小鼠的食物摄入量增加了，但它们大多停留在笼子的一个角落（可能是为了节省能量），并不时走出这个 "舒适区 "寻找食物。这些行为和代谢观察为我们探索CIEC诱导摄食的神经基础奠定了基础。

接下来，我们进行了全脑筛选，以确定在这种摄食过程中活跃的神经元细胞。这种方法发现了大脑丘脑的一个小核（称为剑突核（Xi））中的神经元，这些神经元在寒冷环境下摄食时活跃，但在温暖环境下则不活跃（XiCIEC神经元；图1）。我们利用基因靶向技术对这些 XiCIEC 神经元进行了特异性激活或抑制，结果表明这些神经元在 CIEC 相关摄食过程中发挥着核心作用。接下来，我们试图确定 Xi 神经元在寒冷环境中促进寻食行为的回路机制。我们发现，一些Xi神经元的投射延伸至大脑中的奖赏中枢--伏隔核（nucleus accumbens）。在CIEC过程中，人为激活从Xi神经元到伏隔核的投射，会导致小鼠比未激活这一奖赏回路时吃更多的食物。这些实验表明，在寒冷诱发饥饿的过程中，Xi神经元控制着从能量守恒状态到食物寻求状态的行为转换。

我们的研究结果揭示了一个未被充分研究的丘脑区域，该区域在寒冷暴露后能量消耗增加的情况下参与食物的寻找。在此过程中，我们揭示了支撑摄食和体温调节基本生物参数之间耦合的神经回路之一。我们的研究结果支持了最靠近大脑中线的丘脑区域在自然行为过程中所需的生存策略动态切换中扮演的新角色。

我们研究的主要局限之一是，我们仍然不知道在寒冷诱导的饥饿状态下，Xi 神经元检测到了什么，从而启动了寻食行为。我们观察了血液中与进食调节有关的各种分子水平的变化，包括瘦素激素以及血糖和游离脂肪酸等小代谢物。虽然我们确实看到了小鼠血液中葡萄糖和游离脂肪酸含量的增加，但我们还不知道这些变化是否能直接被 Xi 神经元检测到。确定这些尚未知晓的因素将是了解CIEC诱导的摄食以及哺乳动物调节体温的进化适应性的重要一步。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06430-9

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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