Nature：腸道竟在幕後「操控」我們的補水

圖片來源：Pixabay

我們都知道，口渴了要喝水。生活中也到處充斥著每天需要飲用多少水的溫馨小貼士。但是，大腦到底是怎麼知道機體已經喝夠水了，並停止了口渴？3月27日，加州大學舊金山分校(UC San Francisco) 發表在《Nature》雜誌上的一項新研究或許能給出答案。

https://doi.org/10.1038/s41586-019-1066-x

直到最近，科學家們還相信，當大腦中下丘腦的區域檢測到血液水合作用下降時，它會讓我們感到口渴。但加州大學舊金山分校的神經學家Zachary Knight博士意識到這並不是全部。

在2016年的一項研究中，Knight 實驗室的研究生Christopher Zimmerman發現，當小鼠喝水時，來自口腔和喉嚨的感覺信號會立即關閉下丘腦的口渴神經元。這些感測器似乎可以根據動物吞咽的液體量來預測飲料的補水程度。而且它們對冷的液體特別敏感，這或許可以解釋為什麼冰飲料如此解渴。

下丘腦中的口渴神經元（綠色和紅色）根據來自腸道的信號來監測飲料的水合作用。圖片來源：UCSF

Zimmerman表示，「這種來自口腔和喉嚨的快速信號似乎可以追蹤你的飲水量，並與你的身體需要的量相匹配。」

但這種快速信號不能解釋一切。研究人員想知道大腦是如何確切地知道一杯飲料的含水程度。畢竟，海水不能解渴，但它也能像冰箱里的冰水一樣激活口腔和喉嚨中的許多感受器。

在這項新研究中，Zimmerman和同事們使用植入下丘腦附近的柔性光纖來觀察小鼠喝鹽水時口渴神經元的活動。與研究小組之前的結果一致，當口渴的動物喝水時，這些神經元確實會立刻停止活動，但隨後很快又恢復了活動，就像其他感測器在測試動物剛剛喝下的水，並警告大腦：「太咸了——保持口渴!」

為了觀察這些信號是否來自腸道，研究人員將液體直接注入口渴小鼠的胃中，同時觀察它們口渴神經元的活動。他們發現，注入淡水和喝水一樣會使這些細胞失活，但注入鹽水後，口渴神經元仍然活躍。當小鼠接受了鹽輸注，然後讓它們喝純凈水時，它們的口渴神經元最初在喝水時停止活動，但很快又恢復了活動，好像在發出信號——需要喝更多的水來中和胃裡增加的鹽。

這些結果表明，Zimmerman在2016年發現的口腔和咽喉中的感測器讓大腦暫時解渴，以獎勵動物喝水，但口渴神經元隨後根據腸道中的第二級感測器審查這一決定，預測飲料對動物的補水效果，並告訴它是否需要繼續飲用。

一根穿入老鼠大腦的光纖(灰色條)(綠色)顯示了與口渴有關的神經元的活動。圖片來源：Nature

有趣的是，鹽水並沒有促進水分充足的小鼠的飲水，只有那些已經感到口渴的小鼠才會這樣。這表明，需要腸道發出信號來解渴，但實際上，首先需要脫水來觸發口渴。

研究人員發現，腸道的水合信號通過迷走神經傳遞，從而激活口渴神經元。他們使用一種稱為光遺傳學的技術，利用光束激活或關閉特定的神經元群，並展示了這些位於下丘腦穹窿下器官（SFO）的細胞如何將信息傳遞到附近的中位視前核（ MnPO）。MnPO可以通過驅動動物飲水，並告訴腎臟保存血液中的水來做出反應。

讓研究人員好奇的是，MnPO中的一部分單個神經元似乎對來自口腔和喉嚨的飲水信號、來自腸道的飽腹感信號以及有關動物血液總體水合水平的信息做出反應，並整合了這些信號。附近的其他細胞也會編碼其他信息（比如動物的壓力水平或水源的可用性）。

Knight說:「這是我們第一次能夠實時觀察單個神經元整合來自身體不同部位的信號來控制飲水等行為。這為研究所有這些信號如何相互作用打開了一扇門。」

除了研究SFO和MnPO口渴神經元的正常功能外，研究人員還希望利用這些發現來了解，這些神經元如何調節體內液體平衡的缺陷，是否能夠解釋高血壓等疾病的起源。

End

參考資料：

1）Had enough water? Brain"s thirst centers make a gut check

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