為什么我們吃了咸的薯片之后想喝水，為什么在運動后想喝功能性飲料?近日，國際頂級學術期刊《自然》雜志在線發(fā)表了一項來自美國加州理工學院Dr. Yuki Oka研究團隊的最新成果，能夠解釋這一人人都經(jīng)歷過的日常行為背后的細胞與腦環(huán)路基礎。
該研究揭示了哺乳動物具有兩種類型的渴覺及相應的液體攝入模式：當體液滲透壓升高時，我們會尋求純凈水來稀釋血液;當我們因為出汗等原因流失體液時，我們會同時尋求水和鹽(礦物質)溶液以維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。
這項工作首次闡明了大腦是如何區(qū)分并調節(jié)這兩種渴覺狀態(tài)的，并通過優(yōu)化的單細胞轉錄組測序方法首次揭示了具有特定調控功能的神經(jīng)元類群，進一步成功通過光遺傳學方法復現(xiàn)了液體攝入表型，驗證了神經(jīng)元類群功能和行為之間的因果關系。
外周感覺系統(tǒng)，例如嗅覺和味覺，可以通過不同的細胞類型檢測多種不同的信號。作為中樞感覺系統(tǒng)的大腦，可以調控至少兩種類型的渴覺，雖然兩種渴覺都會引起液體攝入的行為，但對溶質的偏好卻截然不同，以維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。然而，實現(xiàn)該特定行為的神經(jīng)細胞與環(huán)路基礎仍不清楚。
以往研究發(fā)現(xiàn)，通過光遺傳激活小鼠該腦區(qū)全部的興奮性神經(jīng)元，會強烈促使其飲水。為了證明兩種渴覺下，生理狀態(tài)和神經(jīng)元激活是如何聯(lián)系的，論文第一作者艾倫·赫爾曼·普爾主導優(yōu)化了單細胞轉錄組測序方法，通過加入放線菌素D“凍存”轉錄組，最大程度減少細胞的轉錄組在實驗過程中發(fā)生變化，實現(xiàn)了將動物的生理狀態(tài)和神經(jīng)元活性進行映射。
團隊在進一步研究中構建了能最全面標記被激活神經(jīng)元的轉基因小鼠，來進行神經(jīng)元類群的功能性驗證。一方面，通過光遺傳激活特定神經(jīng)元類群，復現(xiàn)了相應生理狀態(tài)下的液體攝入模式;另一方面，通過化學遺傳抑制特定神經(jīng)元類群，相應生理狀態(tài)下的行為受到了損傷。這項研究從激活和抑制兩個方面，驗證了神經(jīng)元類群功能和行為之間的因果關系。
論文合著第二作者、南開大學生命科學學院2016級生物伯苓班本科生王童彤稱，“有趣的是，研究發(fā)現(xiàn)大腦感受并調控高滲透壓和低血容量兩種口渴的神經(jīng)元類型不同，中樞感覺系統(tǒng)存在，由不同類型細胞介導不同生理狀態(tài)的這一模型。在不同場景下喝不同的飲料，是受到生理本能支配的。”(實習記者張佳欣)