攝食行為在溫控神經環(huán)路apMPOA→ARC對低環(huán)境溫度表現的應用
內側視前區(qū) (MPOA) 表達瘦素受體、腦源性神經營養(yǎng)因子等神經元亞群可響應環(huán)境溫度變化。激活 MPOA 神經元引起小鼠進入冬眠表現出體溫過低和厭食行為。
2022年7月21日陸軍軍醫(yī)大學基礎部周藝揭示了MPOA兩類神經環(huán)路協調攝食行為應對環(huán)境溫度變化。
一、 apMPOA→ARC促進攝食行為，
apMPOA→PVH抑制進食行為
研究人員發(fā)現小鼠在禁食12小時后內側視前區(qū)的前腹側腦室周圍部分（apMPOA)神經元大量激活，激活的神經元大部分是興奮性神經元。光纖鈣成像技術發(fā)現在進食過程中apMPOA興奮性神經元活性降低，這就表明apMPOA興奮性神經元能夠響應飲食狀態(tài)的改變。
光激活apMPOA興奮性神經元能夠明顯抑制小鼠的進食行為，體溫也出現了明顯的降低，引起寒冷防御行為，并通過抑制棕色脂肪組織產熱進行明顯的自主體溫調節(jié)。在抑制該區(qū)域抑制性神經元并不會出現上述現象。
病毒示蹤實驗發(fā)現apMPOA興奮性神經元廣泛性投射到終紋床核（BNST）、杏仁核、下丘腦室旁核（PVH）、弓形核（ARC）、外側下丘腦（LH）、背內側下丘腦（DMH）等多個腦區(qū)腦區(qū)。在光激活apMPOA→ARC明顯促進攝食行為，在光激活apMPOA→PVH或apMPOA→DMH明顯抑制進食行為，調控其他下游腦區(qū)并不引起飲食行為的變化。
進一步通過病毒誘導apMPOA→PVH環(huán)路神經元凋亡后無論是常溫、高溫還是低溫下均能明顯促進攝食行為，慢性抑制該環(huán)路也會出現這種促進攝食行為。
而在誘導apMPOA→ARC環(huán)路神經元凋亡明顯抑制攝食行為，慢性抑制該環(huán)路也會出現這種抑制攝食行為。但誘導apMPOA→DMH環(huán)路神經元并不影響攝食行為。
圖1：光激活apMPOA興奮性神經元抑制攝食，降低體溫
二、apMPOA→ARC響應低溫環(huán)境，
apMPOA→PVH響應高溫環(huán)境
鈣成像記錄發(fā)現在局部熱溫刺激(25攝氏度到40攝氏度)apMPOA→ARC和apMPOA→PVH神經元鈣離子活性均未發(fā)生變化，在局部冷刺激中(25攝氏度降10攝氏度)apMPOA→ARC鈣離子活性未發(fā)生變化，但apMPOA→PVH神經元鈣離子活性降低。
在整體環(huán)境溫度升高刺激下apMPOA→ARC鈣離子活性未發(fā)生變化，但apMPOA→PVH神經元鈣離子活性升高。在整體環(huán)境溫度降低后apMPOA→ARC鈣離子活性升高，apMPOA→PVH神經元鈣離子活性降低。
圖2：溫度變化引起apMPOA→ARC、apMPOA→PVH環(huán)路神經元活性變化
二、apMPOA→ARC和apMPOA→PVH環(huán)路
解剖學和分子學差異
分別在PVH 和ARC區(qū)域注射逆行示蹤實驗發(fā)現這兩個腦區(qū)逆行投射到apMPOA區(qū)域重疊的神經元比例減少。此外，通過多病毒策略進一步發(fā)現投射到ARC和PVH的apMPOA區(qū)域接受上游不同腦區(qū)的投射，這些結果表明apMPOA→ARC和apMPOA→PVH神經元在解剖上是存在差異的。
為進一步描述上述兩個環(huán)路的分子特征，研究人員通過單細胞測序技術發(fā)現這兩個環(huán)路神經元存在455個差異性富集表達基因，進一步通過篩選出脂質代謝相關的信號通路的基因，發(fā)現了兩個主要的候選標志物。
愛帕琳肽受體Aplnr可能是apMPOA→PVH神經元的潛在標志物：約40%的apMPOA→PVH神經元表達Aplnr。在常溫下，在apMPOA中注射愛帕琳肽抑制饑餓小鼠的食物攝入。阻斷apMPOA中的Aplnr受體可顯著促進食物攝入。
甘丙肽受體GalR1可能是apMPOA→ARC的潛在標志物：約一半的apMPOA→ARC表達GalR1。常溫、高溫或低溫環(huán)境下的apMPOA腦區(qū)注射甘丙肽均可增加食物攝入。抑制apMPOA中的甘丙肽受體1可阻斷上述促進攝食的行為。
圖3：apMPOA→ARC、 apMPOA→PVH環(huán)路的分子特點
總結
本文揭示了協調在應對環(huán)境溫度時的進食行為的神經環(huán)路機制：apMPOA→ARC環(huán)路對低環(huán)境溫度表現出積極反應，促進食物攝入。相反，apMPOA→PVH環(huán)路抑制食物攝入，對高環(huán)境溫度表現出積極反應。
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