楊智
據(jù)美國PNAS,2017,114:2043報道,上??茖W(xué)技術(shù)大學(xué)沈偉課題組運用光遺傳學(xué)技術(shù)等多種最新手段,以小鼠為實驗對象,探明了腦內(nèi)調(diào)節(jié)體溫的部分關(guān)鍵性神經(jīng)回路。
人和其他哺乳動物必須把體溫控制在一定范圍里才能保證體內(nèi)細胞代謝正常進行,這是一項重要的生理功能。從1940年代起,科學(xué)家開始知道下丘腦視前區(qū)(POA)對體溫調(diào)節(jié)起關(guān)鍵作用,并且體溫通過負反饋調(diào)控機制而維持穩(wěn)態(tài)。但是長期以來,未能弄清視前區(qū)有關(guān)神經(jīng)元的投射走向,也未能闡明其他共同調(diào)節(jié)體溫的腦區(qū)如背內(nèi)側(cè)下丘腦和室旁核等,與此有何功能上的關(guān)聯(lián)。
沈偉課題組發(fā)現(xiàn),采用光遺傳學(xué)技術(shù)激活外側(cè)視前核腹側(cè)部(vLPO)的y氨基丁酸(GABA)能神經(jīng)元,可引起體溫下降和身體活動減少;反之,抑制這些神經(jīng)元導(dǎo)致體溫明顯上升,甚至引起高燒。其次,他們發(fā)現(xiàn)背內(nèi)側(cè)下丘腦背側(cè)部(DMD)的GABA能和谷氨酸能神經(jīng)元會被冷刺激所激活,引起身體產(chǎn)熱反應(yīng),導(dǎo)致體溫升高。其中GABA能神經(jīng)元和谷氨酸能神經(jīng)元響應(yīng)冷刺激的反應(yīng)動力學(xué)有所不同。再則,他們運用一系列技術(shù)手段證明,vLPO的GABA能神經(jīng)元投射到DMD區(qū)域,支配這里的體溫調(diào)節(jié)神經(jīng)元。受支配神經(jīng)元以GABA能的為主,也有谷氨酸能的。有明確的電生理學(xué)證據(jù)顯示,vLPO的相關(guān)神經(jīng)元興奮,導(dǎo)致DMD的相關(guān)神經(jīng)元產(chǎn)生抑制性突觸后電流(IPSC),此效應(yīng)可被GABA拮抗劑所阻斷。
綜合以上實驗結(jié)果,vLPO的特定GABA能神經(jīng)元群對環(huán)境熱刺激敏感,起降低體溫作用;而DMD的某些GABA能和谷氨酸能神經(jīng)元群對環(huán)境冷刺激敏感,起激發(fā)身體產(chǎn)熱和升高體溫的作用。vLPO的GABA能神經(jīng)元群通過抑制DMD相關(guān)神經(jīng)元的活性,而起到降低體溫的作用。
雖然沈偉課題組的研究僅揭示了下丘腦體溫調(diào)節(jié)的部分神經(jīng)連接途徑,但已經(jīng)把體溫調(diào)節(jié)機制的研究推進到了神經(jīng)回路的細節(jié)水平,同時盡可能發(fā)揮了先進技術(shù)的優(yōu)勢,為進一步探討神經(jīng)調(diào)節(jié)機制的具體運作提供了啟示。