Мечевидное ядро ​​среднего таламуса контролирует холод.

Природа (2023)Цитировать эту статью

10 тысяч доступов

313 Альтметрика

Подробности о метриках

Поддержание температуры тела является дорогостоящим занятием для эндотермных животных1. Млекопитающие едят больше на холоде, чтобы компенсировать затраты энергии2, но нервный механизм, лежащий в основе этой связи, недостаточно изучен. С помощью поведенческого и метаболического анализа мы обнаружили, что мыши динамически переключаются между состояниями сохранения энергии и поиска пищи на холоде, последнее из которых в первую очередь обусловлено расходом энергии, а не ощущением холода. Чтобы определить нервные механизмы, лежащие в основе поиска пищи, вызванного холодом, мы использовали картирование c-Fos всего мозга и обнаружили, что мечевидный отросток (Xi), небольшое ядро ​​в средней линии таламуса, избирательно активируется длительным холодом, связанным с повышенным расходом энергии, но не при остром воздействии холода. Визуализация кальция in vivo показала, что активность Xi коррелирует с эпизодами поиска пищи в холодных условиях. Используя вирусные стратегии, зависящие от активности, мы обнаружили, что оптогенетическая и хемогенетическая стимуляция активируемых холодом Xi-нейронов избирательно возобновляет поиск пищи в холодных условиях, тогда как их ингибирование подавляет его. Механически Си кодирует контекстно-зависимое переключение валентности, которое способствует поиску пищи в холодных, но не в теплых условиях. Более того, это поведение опосредовано проекцией Xi на прилежащее ядро. Наши результаты показывают, что Xi является ключевым регионом в контроле холодового питания, что является важным механизмом поддержания энергетического гомеостаза у эндотермных животных.

Появление эндотермии принесло в ходе эволюции многочисленные адаптивные преимущества; однако это также привело к значительному увеличению затрат энергии. Чтобы подпитывать этот возросший спрос на энергию, млекопитающие резко адаптируют свое пищевое поведение в ответ на изменение температуры, и существует тесная, неразрывная связь между температурой окружающей среды и потреблением пищи: чем холоднее окружающая среда, тем больше пищи необходимо для поддержания внутренней температуры тела1,2 ,3. Известно, что млекопитающие, включая человека, едят больше на холоде. Различные фестивали в разных культурах, включающие пышные зимние пиры, являются свидетельством нашего эндотермического эволюционного прошлого4,5,6. Однако нейронная основа, связывающая энергетические потребности, возникающие из-за холода, и увеличение количества корма, остается без ответа вопросом в нашем понимании биологии млекопитающих.

Грызуны являются отличной моделью для изучения связи между температурой и потреблением энергии7. Например, лабораторные мыши (Mus musculus) могут удвоить ежедневное потребление пищи, живя при температуре 4 °C, при этом на термогенез приходится около 60% энергетических затрат всего тела в этих условиях8. Хотя было показано, что ощущение холода резко влияет на питание через консервативные соматосенсорные и пищевые центры в мозге как у эктотермных, так и у эндотермных животных9,10,11,12,13, остается неясным, компенсируются ли (и каким образом) вызванные холодом затраты энергии пищей. прием. Здесь мы объединили метаболический и поведенческий анализ высокого разрешения, чтобы продемонстрировать, что усиленное питание на холоде является следствием затрат энергии; более того, мы определили среднее мечевидное ядро ​​таламуса (Xi) как ключевой центр, опосредующий компенсаторное усиление поведения, связанного с поиском пищи.

Сообщалось, что содержание мышей при температуре 4 °C приводит к повышенному термогенезу, расходу энергии и потреблению пищи8,14. Чтобы получить более детальное представление о расходе энергии, мы использовали непрямую калориметрию для определения расхода энергии отдельной мыши в режиме реального времени путем измерения обмена кислорода и углекислого газа15. Косвенная калориметрия с временным разрешением показала, что переключение температуры окружающей среды с 23 на 4 °C немедленно увеличивает расход энергии (рис. 1a,b и расширенные данные, рис. 1a–f). Однако наблюдалось первоначальное снижение и существенная задержка между падением температуры и увеличением потребления пищи (рис. 1b), что позволяет предположить, что быстрое ощущение холода не может быть прямой причиной кормления, вызванного холодом. После количественной оценки временной связи между расходом энергии и питанием мы обнаружили, что по мере прогрессирования воздействия холода потребление пищи становилось более коррелирующим с расходом энергии (начиная с 5–6 часов после воздействия холода и оставаясь повышенным в дальнейшем; рис. 1c). На основании этой прогрессивной корреляции мы определили этот период в 5–6 часов после воздействия холода как начало компенсации энергии, вызванной холодом (CIEC), и сосредоточили внимание на этом временном окне до конца исследования, включая видеозапись. мышей в течение этого периода, чтобы лучше понять такое поведение.