撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

恒溫動物的出現(xiàn)在進化過程中帶來了許多適應優(yōu)勢，然而，這也帶來了能量消耗的顯著增加。為了滿足這種不斷增加的能量需求，哺乳動物會根據(jù)溫度的變化大幅調(diào)整它們的覓食行為，環(huán)境溫度和食物攝入量之間存在著緊密而不可分割的聯(lián)系——環(huán)境溫度越低，維持核心體溫所需的食物就越多。眾所周知，包括人類在內(nèi)的哺乳動物在寒冷的天氣里會吃得更多。在人類社會的不同文化中，冬天的節(jié)日往往都有著豐盛的飲食，這也是我們恒溫進化的見證。然而，將寒冷引起的能量需求和進食增加聯(lián)系起來的神經(jīng)學基礎，我們?nèi)匀恢跎佟?023年8月16日，Scripps研究所葉立團隊在國際頂尖學術期刊 Nature 上發(fā)表了題為：Xiphoid nucleus of the midline thalamus controls cold-induced food seeking 的研究論文。

該研究表明，在寒冷溫度中增加食物攝入是能量消耗的結果。位于丘腦中線核群的劍狀核（xiphoid nucleus）是控制寒冷誘導的攝食行為的關鍵腦區(qū)，是維持恒溫動物能量穩(wěn)態(tài)的重要機制。這一發(fā)現(xiàn)也可能會帶來新的減肥和代謝健康療法。

嚙齒類動物是研究環(huán)境溫度和能量消耗之間關系的絕佳模型。例如，當生活在4°C的環(huán)境中時，實驗室小鼠每天的食物攝入量可以增加一倍，此時，它們?nèi)砟芰肯牡?0%用于產(chǎn)熱。由于暴露在寒冷環(huán)境中會導致能量燃燒增強以保持體溫，因此，冷水浸泡等方式的“寒冷療法”已經(jīng)被探索作為減肥和改善代謝健康的方法。但這種寒冷療法有一個重要缺點——人類對寒冷進化出來的反應并不是為了減肥。在過去食物短缺的時代，這種效果可能是致命的。

寒冷就像節(jié)食和運動一樣，會增加食欲，從而抵消減肥效果。在這項研究中，葉立團隊希望找到調(diào)節(jié)這種由寒冷引起的食欲增加的大腦回路。他們結合了高分辨率的代謝和行為分析，發(fā)現(xiàn)小鼠在寒冷溫度中動態(tài)地在能量節(jié)約和覓食狀態(tài)之間切換，而后者主要是由能量消耗而不是對寒冷的感覺所驅(qū)動的。也就是說，在寒冷溫度中增加食物攝入是能量消耗的結果。

為了確定寒冷誘導的覓食行為的神經(jīng)機制，研究團隊使用了全腦c-Fos圖譜，發(fā)現(xiàn)寒冷溫度下大腦中大部分神經(jīng)元的活動都要低得多，但丘腦的部分區(qū)域卻表現(xiàn)出了更高的活動，丘腦中線核群中的劍狀核 （xiphoid nucleus）在與能量消耗升高相關的長時間寒冷溫度下被選擇性激活，但與急性寒冷暴露無關。體內(nèi)鈣成像顯示劍狀核活動與寒冷條件下的覓食事件相關。通過光遺傳學和化學遺傳學刺激這些寒冷激活的劍狀核神經(jīng)元，能夠再現(xiàn)寒冷條件下的覓食行為，而抑制這些神經(jīng)元則會阻止覓食行為。

從機制上來說，劍狀核編碼了一個情境依賴的開關，促進在寒冷溫度條件下的覓食行為，此外，該研究還發(fā)現(xiàn)這些行為是由劍狀核神經(jīng)元投射到伏隔核所介導的，伏隔核負責整合獎賞和厭惡信號來指導動物的行為（包括進食行為）。總的來說，這項研究結果表明，劍狀核是控制寒冷誘導的攝食行為的關鍵腦區(qū)，是維持恒溫動物能量穩(wěn)態(tài)的重要機制。

葉立教授

葉立，2006年本科畢業(yè)于清華大學，2012年博士畢業(yè)于哈佛大學醫(yī)學院，2013-2017年在斯坦福大學從事博士后研究工作，此后加入了Scripps研究所神經(jīng)科學系工作。葉立 教授表示，這些研究結果可能具有臨床意義，這些發(fā)現(xiàn)表明了阻斷由寒冷引發(fā)的食欲增加是可行的，從而允許簡單的寒冷暴露更有效地推動減肥。團隊接下來的主要目標之一是弄清楚如何將食欲增加與能量消耗的增加脫鉤。以及這種由寒冷引起的食欲增加機制是否是身體用來補償額外能量消耗的更廣泛機制（例如運動后）的一部分。

題圖為論文通訊作者、Scripps研究所葉立副教授

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