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吃薯片后想喝水 运动后想喝饮料 不同渴觉背后存在大脑调控机制
2020-10-21 10:26:39    来源:科技日报
编辑:吴温火    作者:张佳欣
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  为什么我们吃了咸的薯片之后想喝水,为什么在运动后想喝功能性饮料?近日,国际顶级学术期刊《自然》杂志在线发表了一项来自美国加州理工学院Dr. Yuki Oka研究团队的最新成果,能够解释这一人人都经历过的日常行为背后的细胞与脑环路基础。

  该研究揭示了哺乳动物具有两种类型的渴觉及相应的液体摄入模式:当体液渗透压升高时,我们会寻求纯净水来稀释血液;当我们因为出汗等原因流失体液时,我们会同时寻求水和盐(矿物质)溶液以维持内环境稳态。

  这项工作首次阐明了大脑是如何区分并调节这两种渴觉状态的,并通过优化的单细胞转录组测序方法首次揭示了具有特定调控功能的神经元类群,进一步成功通过光遗传学方法复现了液体摄入表型,验证了神经元类群功能和行为之间的因果关系。

  外周感觉系统,例如嗅觉和味觉,可以通过不同的细胞类型检测多种不同的信号。作为中枢感觉系统的大脑,可以调控至少两种类型的渴觉,虽然两种渴觉都会引起液体摄入的行为,但对溶质的偏好却截然不同,以维持内环境稳态。然而,实现该特定行为的神经细胞与环路基础仍不清楚。

  以往研究发现,通过光遗传激活小鼠该脑区全部的兴奋性神经元,会强烈促使其饮水。为了证明两种渴觉下,生理状态和神经元激活是如何联系的,论文第一作者艾伦·赫尔曼·普尔主导优化了单细胞转录组测序方法,通过加入放线菌素D“冻存”转录组,最大程度减少细胞的转录组在实验过程中发生变化,实现了将动物的生理状态和神经元活性进行映射。

  团队在进一步研究中构建了能最全面标记被激活神经元的转基因小鼠,来进行神经元类群的功能性验证。一方面,通过光遗传激活特定神经元类群,复现了相应生理状态下的液体摄入模式;另一方面,通过化学遗传抑制特定神经元类群,相应生理状态下的行为受到了损伤。这项研究从激活和抑制两个方面,验证了神经元类群功能和行为之间的因果关系。

  论文合著第二作者、南开大学生命科学学院2016级生物伯苓班本科生王童彤称,“有趣的是,研究发现大脑感受并调控高渗透压和低血容量两种口渴的神经元类型不同,中枢感觉系统存在,由不同类型细胞介导不同生理状态的这一模型。在不同场景下喝不同的饮料,是受到生理本能支配的。”(实习记者张佳欣)

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