发现大脑“冷觉神经元”……调控御寒反应与能量消耗[读懂科学]
首尔大学Kim Seongyeon教授团队揭示接收皮肤冷觉信息的臂旁核神经细胞
激活后产热与能量消耗增加……为肥胖和体温调节研究提供新线索
进入寒冷环境后，人体会收缩皮肤血管、通过颤抖产生热量；还会寻找温暖处活动，长时间暴露于寒冷中时食欲也会增加。如今，大脑中可同时引导这些不同御寒反应的“冷觉神经元”身份被揭开。
首尔大学自然科学学院化学系Kim Seongyeon教授研究团队8月13日表示，已阐明“臂旁核冷觉神经元（PB Cold neuron）”的功能。这是一类核心神经细胞群，最先在大脑中接收皮肤感知到的寒冷信息，并调控全身的御寒反应。
此前已有研究发现，位于后脑的臂旁核（parabrachial nucleus，PB）神经元会对寒冷作出反应，且部分参与体温调节。研究团队并未基于特定基因或神经回路筛选候选对象，而是追踪小鼠实际暴露于寒冷环境时被激活的神经元，并将其定义为“臂旁核冷觉神经元”。
皮肤感知的寒冷信息传递至大脑的“PB Cold neuron”，进而诱导棕色脂肪产热、血管收缩、肌肉颤抖、寻找温暖场所及食欲和能量消耗增加等全身性御寒反应的示意图。研究团队供图。
View original image随着周围温度下降，这类神经元会迅速且持续地被激活。研究团队抑制或清除这些神经元后，褐色脂肪产热、皮肤血管收缩和肌肉颤抖均减弱，寻找温暖处的行为以及因寒冷引起的食欲增加也随之减弱。在严寒条件下，小鼠的生存能力亦显著下降。
相反，人工激活这些神经元后，即使周围温度并未下降，小鼠也会表现得如同暴露于寒冷环境中：它们会前往更温暖的地点，并增加通过褐色脂肪进行的产热。也就是说，仅向大脑传递“寒冷”信号，便可同时启动多种御寒反应。
研究团队还确认，冷觉信号不仅使动物避开寒冷，也参与对温度舒适与不适的判断。向处于高温环境中的小鼠提供凉爽空气时，其大脑奖赏回路会分泌多巴胺；但若抑制臂旁核冷觉神经元，多巴胺反应便会大幅下降。
在高温环境中人工激活该神经元时，小鼠伸展身体散热的防暑行为也会减少。实际环境温度虽未改变，但当大脑接收到冷觉信号后，小鼠表现出类似于对高温不适感减轻的行为。
吃得更多体重仍不变……确认能量消耗回路
尤其值得关注的是代谢变化。研究团队持续4周激活臂旁核冷觉神经元后，尽管小鼠的摄食量增加，体重却没有上升。其氧气消耗量和全身能量消耗均增加，负责产热的褐色脂肪增多，而白色脂肪细胞的体积则缩小。
这表明，不同于通过抑制食欲治疗肥胖的既有方法，或可通过大脑神经回路增加能量消耗，从而实现新的代谢调控。不过，激活冷觉神经元也会增加食欲，因此尚不能立即将其应用于肥胖治疗。研究团队表示，未来有必要确认能否仅选择性调控提升能量消耗的通路。
该研究也为理解体温调节异常和热相关疾病提供了线索。这是因为研究在单一神经细胞群层面表明，大脑如何解读皮肤传入的温度信息，会影响血管、肌肉、代谢及行为等全身反应。不过，此次研究属于针对小鼠的基础研究，并未直接验证对热相关疾病的治疗效果。
研究团队利用活性依赖性神经细胞标记、光遗传学与化学遗传学、实时神经活动测量、肌电图及代谢量测定等方法，验证了臂旁核冷觉神经元的功能。
Kim教授研究团队的博士生Jeong Sieun和硕士生Kondauraba Anna作为共同第一作者参与的这项研究成果，于13日在线发表于国际学术期刊《自然·代谢》（Nature Metabolism）。
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