脑干神经元调节体温的机制

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2020年9月2日，上海科技大学生命科学与技术学院沈伟教授课题组、与上海科技大学免疫化学研究所杨海涛教授、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心许晓鸿教授、深圳先进技术研究院王虹教授、复旦脑科学研究院何苗教授、上海交通大学附属第六人民医院杨嘉君教授等合作者，在Science Advances上在线发表了题为“Parabrachial neuron types categorically encode thermoregulation variables during heat defense” 的研究论文，论述脑干臂旁核（Lateral parabrachial nucleus, LPB）至下丘脑视前区（Preoptic area, POA）神经环路在热抵抗过程中的作用。该研究发现了LPB两种不同的热抵抗神经元分类化编码不同的温度调节变量，并阐述了这些神经元对发烧、能量消耗、以体重的影响，为热休克和更年期潮热症等疾病的防治提供科学基础。

热抵抗是高热环境下维持体温稳定的关键。热抵抗调节变量至少包括抑制产热和促进血管舒张。当环境温度从25 oC变化到30 - 38 oC高温后，小鼠的体温（Tcore）、背部棕色脂肪温度（TiBAT）和尾巴温度（Ttail）也随之快速变化（图1A）。为了研究传入的热信号如何被转化为可差异化调节多个器官的控制信号，本研究发展了一种基于逆行示踪腺相关病毒（Retro-AAV）的细胞类型和投射特异性的核糖体亲和纯化测序技术，发现强啡肽原（Prodynorphin, Pdyn）和胆囊收缩素（Cholecystokinin, CCK）等潜在的分子标记(图1B 和C)。
图1，LPBPdyn/CCK→POA 通路分别调控抑制iBAT产热和尾巴血管舒张散热促使机体体温降低。A, 不同温度下体温（Tcore）、脂肪温度（TiBAT）和尾巴温度（Ttail）的变化。B, 细胞类型和投射特异性的核糖体亲和纯化测序技术示意图。C, LPB脑区富集表达的基因。D, LPBPdyn/CCK→POA 通路激活示意图。E-F, LPBPdyn/CCK→POA 通路激活后体温、脂肪和尾巴温度的变化。
随后，本研究采用光遗传学、药物遗传学、电生理记录等多种技术，成功定义了两类不同遗传属性的神经通路，即LPB Pdyn和CCK神经元及它们到POA的投射，可分别抑制棕色脂肪产热和促进血管舒张（图1D-F），二者均可抑制骨骼肌颤栗和限制发烧的程度；而Pdyn神经元还可抑制有高脂食物引起的体重增加。总之，该研究提示LPB是体温调节通路中的一个重要的早期调控枢纽，它可对热传入信号进行分类整合继而对下游外周热效应器官做出差异性的调控，或可成为治疗体温调节异常疾病的重要靶标（图2）。
图2，LPB 区域强啡肽原（Pdyn）和胆囊收缩素（CCK）神经元及其下游调节脂肪组织产热、血管舒张和颤栗模型。
据悉，杨文（上海科技大学免疫化学研究所博士后）、杜潇洒（上海科技大学）、张雯（中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心）、高翠翠（上海科技大学）为共同第一作者，沈伟教授和杨文为共同通讯作者。沈伟教授长期从事中枢对能量稳态调节机制的研究，先后作为通讯作者/共同通讯作者，在PNAS（2017）、Cell Research（2018）、Nature Neuroscience（2019）等期刊上阐明神经调节产热、体温、摄食的机制。
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