人類和其他許多哺乳動物的體溫通常會維持在 37 ℃左右,這樣的溫度能讓幾乎所有調節功能最優化。當動物的體溫明顯偏離正常範圍時,這些功能就會受到損害,可能導緻中暑、體溫過低,在最糟糕的情況下,甚至有可能緻死。
腦部的溫度調節中心位于視前區,它是下丘腦的一部分,控制着身體的重要功能。舉個例子,當視前區收到一種為了應對感染而産生的前列腺素 E 的介質信号時,這片區域就會釋放一個提高體溫的指令,來對抗病毒、細菌和其他緻病生物的侵擾。
然而,目前科學家仍不清楚,具體是視前區中的哪些神經元釋放了提高或降低體溫的指令。為了确定這類神經元,一組研究團隊利用大鼠進行了研究。
他們在論文中報道,大腦視前區的一組神經元,被稱為 EP3 神經元,在調節哺乳動物體溫的方面起着關鍵作用。這一發現可能為開發一種人工調節體溫的技術鋪平道路,從而幫助治療中暑、體溫過低,甚至肥胖症。研究已發表在《科學進展》雜志上。
EP3 神經元的機制
團隊首先調查了視前區 EP3 神經元的活動,如何随環境溫度的改變而變化。對大鼠來說,舒适的環境溫度約 28 ℃。兩個小時裡,研究人員分别将大鼠暴露在寒冷、室溫和炎熱的溫度下。
結果顯示,36 ℃的炎熱環境激活了 EP3 神經元,而寒冷和室溫條件下則沒有。
團隊随後觀察了視前區 EP3 神經元的神經纖維,來确定 EP3 神經元的信号在哪裡傳輸。他們發現,神經纖維分布在各個腦區,特别是下丘腦背内側核,它激活了交感神經系統。他們的分析還顯示,EP3 神經元用于向 DMH 傳輸信号的物質是 γ- 氨基丁酸,這是一種神經元興奮的主要抑制劑。
為了進一步研究 EP3 神經元在溫度調節中的作用,研究人員使用一種化學遺傳學方法,人為操縱它們的活動。結果發現,激活神經元會導緻體溫下降,而抑制它們的活動則會反過來讓體溫上升。
也就是說,這項研究表明,視前區的 EP3 神經元通過釋放 GABA,向 DMH 神經元發送抑制性信号,來控制交感反應,因而在調節體溫的方面發揮着關鍵作用。
體溫調節機制。(圖/2022 Yoshiko Nakamura)
他們還推測,視前區的 EP3 神經元或許可以精确地調節信号強度來微調體溫。比如在炎熱的環境中,信号會被增強,來抑制交感輸出,導緻皮膚的血流量增加,促進身體熱量的輻射,防止中暑。
而在寒冷的環境中,信号會減弱,來激活交感輸出,從而促進褐色脂肪組織和其他器官的産熱,防止體溫過低。此外,在感染時,PGE2 會作用于 EP3 神經元,抑制它們的活性,導緻交感輸出激活,也就是我們所說的 " 發燒 "。
人工調控體溫
研究人員相信,借助發現的這種機制,如果體溫就此能被人為地調整到正常範圍,那麼很多疾病或許就有機會加以治療。這項發現為開發一種人工調控體溫的技術鋪平了道路,它可以應用在廣泛的醫療領域。
更有趣的是,這項技術甚至有可能幫助治療肥胖症,控制體溫略高于正常值,來促進脂肪燃燒。除此之外,它還可以為人們在更熱的全球環境中的生存帶來新的策略。
本文來自微信公衆号:原理 (ID:principia1687),作者:Måka