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石云团队发现渴觉信号感知分子

  • 发布日期: 2024-04-11
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渴觉是人体补充水分的动力,其直接驱动力为机体渗透压升高。然而我们不清楚身体如何感知渗透压变化,继而编码神经信号,产生渴的感觉,促进饮水。

 

人体内的水约占身体重量的60%,这些水通过蒸发、呼吸和排泄不断流失,导致体液渗透压上升。为了维持体液的稳定状态,大脑严格控制喝水的时间和数量。对于绝大多数的哺乳动物包括人类,机体的渗透压都维持在300mOsm/L左右的水平,维持机体的渗透压相对稳定对于机体具有生死存亡的意义。过去的研究表明,第三脑室附近的穹窿下器位于血脑屏障外,可以直接获取有关血浆渗透压的信息,在机体缺少水的时候,会产生强烈的神经信号发放,触发渴觉,促使动物调整适应性寻水行为和激素反应,抵抗系统渗透压的升高。穹窿下器因此被认为是渴觉感受器核团。穹窿下器中含有一些内感受神经元,它们的静息电活动编码机体渗透压设定点,机体渗透压变化时,这些神经元的放电频率受到扰动而变化,向下游神经元发出扰动的大小和极性信号,因此这些内感受神经元在功能上被认为是机体渗透压的初级感受器,是渴觉神经元。

 

一般认为,渴觉神经元细胞膜上含有渗透压敏感的离子通道,从而监测机体渗透压的变化并转化为神经电信号。这些离子通道因其在渴觉信号感受中的关键作用,又被称为渴觉分子。然而经过了漫长的探索,渴觉分子的身份一直成谜。寻找渴觉分子成为一个长期以来悬而未决的科学难题。

 

南京大学医药生物技术全国重点实验室(医学院)石云团队近年鉴定了TMEM63B和其同家族离子通道是一类新的渗透压敏感通道(Cell Reports 2020)。通过分析穹窿下器的单细胞测序数据,作者发现Tmem63b基因在穹窿下器渴觉神经元中富集表达,提示TMEM63B通道可能是渴觉分子。作者利用分子生物学技术,在小鼠穹窿下器渴觉神经元剔除了Tmem63b基因,发现小鼠在诱导渴的实验中,对水的索求行为下降了。作者进一步利用基因小鼠、电生理等实验技术证明了TMEM63B通道是渴觉神经元感知高渗信号的渴觉分子(图一),从而揭开了这个领域内重大科学谜题的谜底。

 


图一、穹窿下器神经元细胞膜上的TMEM63B感受高渗信号,触发神经放电,编码渴觉。

 

 

2024年1月3日,石云团队在《Cell Discovery》在线发表了题为《TMEM63B Channel Is the Osmosensor Required for Thirst Drive of Interoceptive Neurons》的科研论文,揭示了机体感知渴觉信号的关键分子。该研究得到了科技部重大研究计划,国家自然科学基金和教育部中央高校研究基金等研究经费的资助。南京大学医学院博士生杨国林为论文第一作者,南京大学医学院石云教授、郑州大学附属第一医院杨建军教授和南京大学医学院附属鼓楼医院李伟教授为该文的通讯作者。

 

论文链接: https://doi.org/10.1038/s41421-023-00628-x