Nature:肠道竟在幕后“操控”我们的补水
2019/03/31
小鼠研究表明,胃肠道可能参与了“口渴”感觉的调控。


图片来源:Pixabay

我们都知道,口渴了要喝水。生活中也到处充斥着每天需要饮用多少水的温馨小贴士。但是,大脑到底是怎么知道机体已经喝够水了,并停止了口渴?3月27日,加州大学旧金山分校(UC San Francisco) 发表在《Nature》杂志上的一项新研究或许能给出答案。


https://doi.org/10.1038/s41586-019-1066-x

直到最近,科学家们还相信,当大脑中下丘脑的区域检测到血液水合作用下降时,它会让我们感到口渴。但加州大学旧金山分校的神经学家Zachary Knight博士意识到这并不是全部。

在2016年的一项研究中,Knight 实验室的研究生Christopher Zimmerman发现,当小鼠喝水时,来自口腔和喉咙的感觉信号会立即关闭下丘脑的口渴神经元。这些传感器似乎可以根据动物吞咽的液体量来预测饮料的补水程度。而且它们对冷的液体特别敏感,这或许可以解释为什么冰饮料如此解渴。


下丘脑中的口渴神经元(绿色和红色)根据来自肠道的信号来监测饮料的水合作用。图片来源:UCSF

Zimmerman表示,“这种来自口腔和喉咙的快速信号似乎可以追踪你的饮水量,并与你的身体需要的量相匹配。”

但这种快速信号不能解释一切。研究人员想知道大脑是如何确切地知道一杯饮料的含水程度。毕竟,海水不能解渴,但它也能像冰箱里的冰水一样激活口腔和喉咙中的许多感受器。

在这项新研究中,Zimmerman和同事们使用植入下丘脑附近的柔性光纤来观察小鼠喝盐水时口渴神经元的活动。与研究小组之前的结果一致,当口渴的动物喝水时,这些神经元确实会立刻停止活动,但随后很快又恢复了活动,就像其他传感器在测试动物刚刚喝下的水,并警告大脑:“太咸了——保持口渴!”

为了观察这些信号是否来自肠道,研究人员将液体直接注入口渴小鼠的胃中,同时观察它们口渴神经元的活动。他们发现,注入淡水和喝水一样会使这些细胞失活,但注入盐水后,口渴神经元仍然活跃。当小鼠接受了盐输注,然后让它们喝纯净水时,它们的口渴神经元最初在喝水时停止活动,但很快又恢复了活动,好像在发出信号——需要喝更多的水来中和胃里增加的盐。

这些结果表明,Zimmerman在2016年发现的口腔和咽喉中的传感器让大脑暂时解渴,以奖励动物喝水,但口渴神经元随后根据肠道中的第二级传感器审查这一决定,预测饮料对动物的补水效果,并告诉它是否需要继续饮用。


一根穿入老鼠大脑的光纤(灰色条)(绿色)显示了与口渴有关的神经元的活动。图片来源:Nature

有趣的是,盐水并没有促进水分充足的小鼠的饮水,只有那些已经感到口渴的小鼠才会这样。这表明,需要肠道发出信号来解渴,但实际上,首先需要脱水来触发口渴。

研究人员发现,肠道的水合信号通过迷走神经传递,从而激活口渴神经元。他们使用一种称为光遗传学的技术,利用光束激活或关闭特定的神经元群,并展示了这些位于下丘脑穹窿下器官(SFO)的细胞如何将信息传递到附近的中位视前核( MnPO)。MnPO可以通过驱动动物饮水,并告诉肾脏保存血液中的水来做出反应。

让研究人员好奇的是,MnPO中的一部分单个神经元似乎对来自口腔和喉咙的饮水信号、来自肠道的饱腹感信号以及有关动物血液总体水合水平的信息做出反应,并整合了这些信号。附近的其他细胞也会编码其他信息(比如动物的压力水平或水源的可用性)。

Knight说:“这是我们第一次能够实时观察单个神经元整合来自身体不同部位的信号来控制饮水等行为。这为研究所有这些信号如何相互作用打开了一扇门。”

除了研究SFO和MnPO口渴神经元的正常功能外,研究人员还希望利用这些发现来了解,这些神经元如何调节体内液体平衡的缺陷,是否能够解释高血压等疾病的起源。

参考资料

Had enough water? Brain's thirst centers make a gut check

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