攝食行為在溫控神經(jīng)環(huán)路apMPOA→ARC對低環(huán)境溫度表現(xiàn)的應(yīng)用

環(huán)境溫度作為與穩(wěn)態(tài)相關(guān)的關(guān)鍵環(huán)境因素，密切協(xié)調(diào)攝食行為。在低溫度環(huán)境下，存在高熱量的熱量需求，迫使機體進一步增加能量攝入，而在高溫極熱的環(huán)境，較低的熱需求則抑制進食。此外，食物攝入也可作為一種體溫調(diào)節(jié)機制，以維持適當(dāng)?shù)哪芰繑z入。

內(nèi)側(cè)視前區(qū) (MPOA) 表達瘦素受體、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子等神經(jīng)元亞群可響應(yīng)環(huán)境溫度變化。激活 MPOA 神經(jīng)元引起小鼠進入冬眠表現(xiàn)出體溫過低和厭食行為。

2022年7月21日陸軍軍醫(yī)大學(xué)基礎(chǔ)部周藝揭示了MPOA兩類神經(jīng)環(huán)路協(xié)調(diào)攝食行為應(yīng)對環(huán)境溫度變化。

一、 apMPOA→ARC促進攝食行為，

      apMPOA→PVH抑制進食行為

研究人員發(fā)現(xiàn)小鼠在禁食12小時后內(nèi)側(cè)視前區(qū)的前腹側(cè)腦室周圍部分（apMPOA)神經(jīng)元大量激活，激活的神經(jīng)元大部分是興奮性神經(jīng)元。光纖鈣成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)在進食過程中apMPOA興奮性神經(jīng)元活性降低，這就表明apMPOA興奮性神經(jīng)元能夠響應(yīng)飲食狀態(tài)的改變。

光激活apMPOA興奮性神經(jīng)元能夠明顯抑制小鼠的進食行為，體溫也出現(xiàn)了明顯的降低，引起寒冷防御行為，并通過抑制棕色脂肪組織產(chǎn)熱進行明顯的自主體溫調(diào)節(jié)。在抑制該區(qū)域抑制性神經(jīng)元并不會出現(xiàn)上述現(xiàn)象。

病毒示蹤實驗發(fā)現(xiàn)apMPOA興奮性神經(jīng)元廣泛性投射到終紋床核（BNST）、杏仁核、下丘腦室旁核（PVH）、弓形核（ARC）、外側(cè)下丘腦（LH）、背內(nèi)側(cè)下丘腦（DMH）等多個腦區(qū)腦區(qū)。在光激活apMPOA→ARC明顯促進攝食行為，在光激活apMPOA→PVH或apMPOA→DMH明顯抑制進食行為，調(diào)控其他下游腦區(qū)并不引起飲食行為的變化。

進一步通過病毒誘導(dǎo)apMPOA→PVH環(huán)路神經(jīng)元凋亡后無論是常溫、高溫還是低溫下均能明顯促進攝食行為，慢性抑制該環(huán)路也會出現(xiàn)這種促進攝食行為。

而在誘導(dǎo)apMPOA→ARC環(huán)路神經(jīng)元凋亡明顯抑制攝食行為，慢性抑制該環(huán)路也會出現(xiàn)這種抑制攝食行為。但誘導(dǎo)apMPOA→DMH環(huán)路神經(jīng)元并不影響攝食行為。

圖1：光激活apMPOA興奮性神經(jīng)元抑制攝食，降低體溫
 

二、apMPOA→ARC響應(yīng)低溫環(huán)境，

     apMPOA→PVH響應(yīng)高溫環(huán)境

鈣成像記錄發(fā)現(xiàn)在局部熱溫刺激(25攝氏度到40攝氏度)apMPOA→ARC和apMPOA→PVH神經(jīng)元鈣離子活性均未發(fā)生變化，在局部冷刺激中(25攝氏度降10攝氏度)apMPOA→ARC鈣離子活性未發(fā)生變化，但apMPOA→PVH神經(jīng)元鈣離子活性降低。

在整體環(huán)境溫度升高刺激下apMPOA→ARC鈣離子活性未發(fā)生變化，但apMPOA→PVH神經(jīng)元鈣離子活性升高。在整體環(huán)境溫度降低后apMPOA→ARC鈣離子活性升高，apMPOA→PVH神經(jīng)元鈣離子活性降低。

圖2：溫度變化引起apMPOA→ARC、apMPOA→PVH環(huán)路神經(jīng)元活性變化
 

二、apMPOA→ARC和apMPOA→PVH環(huán)路

     解剖學(xué)和分子學(xué)差異

分別在PVH 和ARC區(qū)域注射逆行示蹤實驗發(fā)現(xiàn)這兩個腦區(qū)逆行投射到apMPOA區(qū)域重疊的神經(jīng)元比例減少。此外，通過多病毒策略進一步發(fā)現(xiàn)投射到ARC和PVH的apMPOA區(qū)域接受上游不同腦區(qū)的投射，這些結(jié)果表明apMPOA→ARC和apMPOA→PVH神經(jīng)元在解剖上是存在差異的。

為進一步描述上述兩個環(huán)路的分子特征，研究人員通過單細(xì)胞測序技術(shù)發(fā)現(xiàn)這兩個環(huán)路神經(jīng)元存在455個差異性富集表達基因，進一步通過篩選出脂質(zhì)代謝相關(guān)的信號通路的基因，發(fā)現(xiàn)了兩個主要的候選標(biāo)志物。

愛帕琳肽受體Aplnr可能是apMPOA→PVH神經(jīng)元的潛在標(biāo)志物：約40%的apMPOA→PVH神經(jīng)元表達Aplnr。在常溫下，在apMPOA中注射愛帕琳肽抑制饑餓小鼠的食物攝入。阻斷apMPOA中的Aplnr受體可顯著促進食物攝入。

甘丙肽受體GalR1可能是apMPOA→ARC的潛在標(biāo)志物：約一半的apMPOA→ARC表達GalR1。常溫、高溫或低溫環(huán)境下的apMPOA腦區(qū)注射甘丙肽均可增加食物攝入。抑制apMPOA中的甘丙肽受體1可阻斷上述促進攝食的行為。

圖3：apMPOA→ARC、 apMPOA→PVH環(huán)路的分子特點
 

總結(jié)

本文揭示了協(xié)調(diào)在應(yīng)對環(huán)境溫度時的進食行為的神經(jīng)環(huán)路機制：apMPOA→ARC環(huán)路對低環(huán)境溫度表現(xiàn)出積極反應(yīng)，促進食物攝入。相反，apMPOA→PVH環(huán)路抑制食物攝入，對高環(huán)境溫度表現(xiàn)出積極反應(yīng)。

【完】

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