生命學院與合作者解碼捕食與進食的神經機制

發布者:SLST發布時間:2019-05-27瀏覽次數:37

2019524日,上?福建11选五开奖结果?萍即髮W生命學院沈偉研究組與華中科技大學李浩洪研究組合作,在Nature Neuroscience雜志上長文發表了題為Zona incerta GABAergic neurons integrate prey-related sensory signals and induce an appetitive drive to promote hunting的文章,揭示了大腦未定帶(Zona Incerta,ZI)神經元在捕食與進食之中所起的關鍵作用。進食與捕食行為是生物進化的主要驅動力之一福建11选五开奖结果,一直是神經科學研究的熱門話題。這些行為與感覺特征提取、獎賞和動機息息相關。解碼這些行為不僅是理解神經系統如何調控行為的重要窗口,也為理解臨床肥胖癥和厭食癥的發生提供契機。兩個研究團隊利用光遺傳學、在體電生理記錄和鈣信號光纖光度法等神經環路手段,發現ZI神經元介導了獵物的感覺特征提取福建11选五开奖结果、捕食的動機、捕食與進食的相互關聯等內容。

值得一提的是,同期Nature Neuroscience配發了專家評論文章:Hungry for motion: the senses propel predation(doi.org/10.1038/s41593-019-0412-5),對此工作進行介紹:“這第一次闡明了編碼獵物感覺信息的神經元,如何支配中腦運動核團,進而執行捕食功能;提出捕食過程中感覺信息與動機環路整合的新概念。

ZI是大腦中的功能未定的區域福建11选五开奖结果,位于大腦神經軸中央位置,與多個腦區有豐富的神經連接,然而其功能仍然不夠清晰(Mitrofanis J. Neuroscience, 2005.)。沈與李的團隊發現ZI不僅對于小鼠提取獵物特征信息很關鍵福建11选五开奖结果,還編碼獎賞性動機福建11选五开奖结果,促進捕食行為福建11选五开奖结果;另外ZI還促進獎賞性進食,且通過不同的下游環路來調控進食和捕食行為。同時福建11选五开奖结果,研究團隊發現,光遺傳學激活ZIGABAgamma-aminobutyric acid)γ-氨基丁酸神經元會引起小鼠的暴食性行為(1c)和啃咬食盤與墊料,說明這些神經元除了參與進食外,還可能參與捕食行為。

實驗過程還引入小鼠的天然獵物——蟋蟀,發現光遺傳學激活的確能夠大幅提高小鼠的捕食速度和成功率(1a,b)。那么獵物是如何被特征識別和誘發捕食行為的呢福建11选五开奖结果?兩個研究團隊通過多通道電生理記錄發現食物、獵物與普通小物體激活不同的ZI神經元群。研究人員通過細致分析不同的感覺刺激發現,獵物相關的軀體感覺(獵物與小鼠胡須接觸)福建11选五开奖结果、運動視覺刺激,以及聲音刺激,都可以激活ZI神經元。

令人意想不到的是,這些被激活的神經元相互重疊福建11选五开奖结果;換句話說福建11选五开奖结果,這些感覺刺激被ZI整合了(1d,e)!研究人員通過對行為學和生理鈣信號的分析發現,ZI的確利用這些信號來提高捕食效率。ZI是否介導了捕食與進食的獎賞與動機呢?通過實時位置偏好實驗(RTPP),研究人員發現小鼠特別喜歡ZI被光激活側(1f),提示光刺激可能誘發獎賞。另外,在經典的鼻觸測試中,為獲得光刺激獎賞,小鼠表現出不斷的和重復性的鼻觸,提示光刺激誘發了強烈的正向動機。


  

1、光激活ZI GABA能神經元促進捕食和進食行為。a光激活促進小鼠捕食成年蟋蟀;b小鼠成功捕捉到蟋蟀所花時間;c,光激活促進小鼠對高脂食物(HFD)的進食量福建11选五开奖结果;d,多通道電生理記錄感覺信號的原理;e, 響應胡須刺激福建11选五开奖结果、運動視覺以及聲音的ZI神經元的重疊情況;f在實時位置偏好實驗中小鼠偏好于光刺激側。


研究人員通過神經環路研究發現ZI投射至導水管周圍灰質(PAG)腦區福建11选五开奖结果,引發捕食和獎賞(2)福建11选五开奖结果;ZI投射至丘腦室旁核(PVT),引發進食與獎賞(2,Zhang X, van den Pol A N. Science, 2017.)。綜上福建11选五开奖结果,SC-ZI的神經環路負責提取獵物的特征信息,并促進捕食行為;ZI-PAG的神經環路負責編碼獎賞性動機,促進捕食行為;ZI-PVT介導獎賞性進食行為。這些發現有助于理解動物對特征提取和動機編碼的關鍵神經機制福建11选五开奖结果,或可解釋臨床上刺激ZI附近所誘發的暴食性行為和獎賞性動機改變福建11选五开奖结果,并為肥胖和厭食癥的控制提供新的切入點。

  

2、ZI對捕食和進食的調節作用福建11选五开奖结果。ZI區域整合獵物的感覺信息,編碼食欲動機福建11选五开奖结果,進而通過不同的神經通路調控動物的捕食和進食行為。S1/S2:初級/次級觸覺皮層福建11选五开奖结果;AU2:次級聽覺皮層福建11选五开奖结果;VC:視覺皮層;SC:視上丘;PVT:丘腦室旁核;PAG:中央導水管灰質。


沈偉教授長期從事中樞對能量穩態調節機制的研究,先后作為通訊或共同通訊作者,在PNAS2017)福建11选五开奖结果、Cell Research2018)等期刊上闡明下丘腦對產熱與體溫調節、以及攝食調節的神經機制。在本論文中,趙政東(原上科大生命學院和免疫化學研究所聯合博士后)、陳宗明(上科大生命學院,2015級碩博連讀生)、向心寬(華中科大)、胡孟娜(上科大生命學院,2015級碩博連讀生)為共同第一作者福建11选五开奖结果;生命學院沈偉教授和華中科技大學李浩洪教授為本文的共同通訊作者;上科大生命學院已畢業本科生賈曉寧(2014級)、錢樂?。?/span>2014級),和2016級在讀本科生楊以清參與了這項工作福建11选五开奖结果。該研究工作得到了國家自然科學基金委員會重大研究計劃代謝專項培育項目、面上項目福建11选五开奖结果,以及上??萍即髮W啟動經費等的經費支持。上科大生命學院分子影像平臺和分子細胞平臺、國家蛋白質科學研究上海設施給予了平臺支持。


文章鏈接:

https://www.nature.com/articles/s41593-019-0404-5


沈偉教授網頁:

http://www.osmorrow.com/english/2017/1026/c730a4949/page.htm


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Mitrofanis J. Some certainty for the “zone of uncertainty”? Exploring the function of the zona incerta[J]. Neuroscience, 2005, 130(1): 1-15.

Zhang X, van den Pol A N. Rapid binge-like eating and body weight gain driven by zona incerta GABA neuron activation[J]. Science, 2017, 356(6340): 853-859.

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Zhao Z, Yang W, Gao C, Fu X, Zhang W, Zhou Q, Chen W, Ni X, Lin J, Yang J, Xu X, Shen WL* A hypothalamic circuit that controls body temperature. Proc Natl Acad Sci. 114, 2042-2047 (2017). (Commentary:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28179562)


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