2022年6月7日，《细胞-代谢》期刊在线发表了题为《下丘脑冷感受神经元控制体温稳态调控和社交行为引起的体温上升》的研究论文。该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、神经科学国家重点实验室、上海脑科学与脑研究中心张哲研究组、梁智锋研究组和许晓鸿研究组合作完成。研究通过全脑系统性筛选，发现位于腹中侧下丘脑（dmVMH）的PDYN阳性神经元对环境低温表现出高度特异性反应；调控该核团或其下游连接脑区即可控制体温变化。同时，该研究还发现这群神经元参与了由社交行为引起的体温变化调控，提示体温调控和社交行为间可能存在共同调控机制。
哺乳动物和鸟类作为恒温动物，可在环境温度变化时自主维持体温恒定。稳定适宜的内部温度为高效新陈代谢提供保障。体温稳态对恒温动物至关重要，仅2-3摄氏度的体温变化就会严重影响生理状态。神经系统调控是维持体温稳态的关键，但其环路基础尚不明确。研究体温稳态神经环路，对理解哺乳动物体温维持机制至关重要，也将为发热、失温症等体温稳态失衡疾病的治疗提供思路。
早期研究表明，外界温度由皮肤温度感受器捕捉，通过脊髓和中脑传输至下丘脑视前区（POA）整合，最终输出至外周产热器官调节体温。但过去研究主要集中于视前区，例如表达PACAP的神经元参与热环境感受并促进体温下降；表达ADCYAP1/QFRP的神经元可诱导长时间失温；而视前区BRS3神经元可提高体温。然而，对视前区之外调节温度稳态，特别是感受冷环境并调控体温上升的特异性神经元，仍知之甚少。
为系统筛查大脑在外界温度变化时的活动情况，研究者对头部固定小鼠进行温度刺激，同步进行功能核磁共振扫描，发现VMH脑区对冷刺激响应。通过分析单细胞测序数据和原位杂交，发现VMH脑区一群表达PDYN的神经元在冷环境下被激活，可能是特异的冷感受神经元。随后记录钙信号变化，验证了VMHPDYN神经元特异性感受冷刺激，且其活动被热刺激抑制。通过光遗传技术调控胞体，发现VMHPDYN神经元参与体温稳态调控。
为研究VMHPDYN神经元参与的体温调节环路，通过狂犬病病毒逆行跨单级示踪，揭示其接收全脑广泛投射，暗示可能在多种感觉及认知刺激下发挥体温调节作用。之前报道小鼠体温在社交行为中上升，研究者记录了社交行为中VMHPDYN神经元的钙活动和体温变化，发现社交时神经元活动增强且体温上升。利用光遗传抑制VMHPDYN神经元，社交行为减少，伴随体温上升消失，说明这群神经元具有调节体温和影响社交行为的双重功能。
图注：（a）左上：小鼠冷或热刺激时功能核磁共振扫描示意图；左下：冷刺激时BOLD信号减去热刺激时BOLD信号示意图；右侧：不同脑区BOLD信号统计图。（b）VMHPDYN神经元在冷刺激（左）和热刺激（右）时的钙信号变化。（c）光遗传学抑制（左）或激活（右）VMHPDYN神经元时小鼠体温变化。（d）上：抑制VMHPDYN神经元后社交行为中体温变化；下：抑制后社交行为变化。
此工作发现下丘脑腹中侧表达PDYN的神经元对小鼠冷环境中维持体温稳态至关重要，填补了体温调控神经环路中冷感受神经元的缺失。该研究还发现下丘脑调控体温稳态和社交行为两种功能间存在相互作用，将生理稳态调节与行为功能联系起来。
来源：中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心