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撰文丨王聪编辑丨王多鱼排版丨水成文恒温动物的出现在进化过程中带来了许多适应优势，然而，这也带来了能量消耗的显著增加。为了满足这种不断增加的能量需求，哺乳动物会根据温度的变化大幅调整它们的觅食行为，环境温度和食物摄入量之间存在着紧密而不可分割的联系——环境温度越低，维持核心体温所需的食物就越多。众所周知，包括人类在内的哺乳动物在寒冷的天气里会吃得更多。在人类社会的不同文化中，冬天的节日往往都有着丰盛的饮食，这也是我们恒温进化的见证。然而，将寒冷引起的能量需求和进食增加联系起来的神经学基础，我们仍然知之甚少。2023年8月16日，Scripps研究所叶立团队在国际顶尖学术期刊 Nature 上发表了题为：Xiphoid nucleus of the midline thalamus controls cold-induced food seeking 的研究论文。该研究表明，在寒冷温度中增加食物摄入是能量消耗的结果。位于丘脑中线核群的剑状核（xiphoid nucleus）是控制寒冷诱导的摄食行为的关键脑区，是维持恒温动物能量稳态的重要机制。这一发现也可能会带来新的减肥和代谢健康疗法。啮齿类动物是研究环境温度和能量消耗之间关系的绝佳模型。例如，当生活在4°C的环境中时，实验室小鼠每天的食物摄入量可以增加一倍，此时，它们全身能量消耗的60%用于产热。由于暴露在寒冷环境中会导致能量燃烧增强以保持体温，因此，冷水浸泡等方式的“寒冷疗法”已经被探索作为减肥和改善代谢健康的方法。但这种寒冷疗法有一个重要缺点——人类对寒冷进化出来的反应并不是为了减肥。在过去食物短缺的时代，这种效果可能是致命的。寒冷就像节食和运动一样，会增加食欲，从而抵消减肥效果。在这项研究中，叶立团队希望找到调节这种由寒冷引起的食欲增加的大脑回路。他们结合了高分辨率的代谢和行为分析，发现小鼠在寒冷温度中动态地在能量节约和觅食状态之间切换，而后者主要是由能量消耗而不是对寒冷的感觉所驱动的。也就是说，在寒冷温度中增加食物摄入是能量消耗的结果。为了确定寒冷诱导的觅食行为的神经机制，研究团队使用了全脑c-Fos图谱，发现寒冷温度下大脑中大部分神经元的活动都要低得多，但丘脑的部分区域却表现出了更高的活动，丘脑中线核群中的剑状核（xiphoid nucleus）在与能量消耗升高相关的长时间寒冷温度下被选择性激活，但与急性寒冷暴露无关。体内钙成像显示剑状核活动与寒冷条件下的觅食事件相关。通过光遗传学和化学遗传学刺激这些寒冷激活的剑状核神经元，能够再现寒冷条件下的觅食行为，而抑制这些神经元则会阻止觅食行为。从机制上来说，剑状核编码了一个情境依赖的开关，促进在寒冷温度条件下的觅食行为，此外，该研究还发现这些行为是由剑状核神经元投射到伏隔核所介导的，伏隔核负责整合奖赏和厌恶信号来指导动物的行为（包括进食行为）。总的来说，这项研究结果表明，剑状核是控制寒冷诱导的摄食行为的关键脑区，是维持恒温动物能量稳态的重要机制。叶立教授叶立，2006年本科毕业于清华大学，2012年博士毕业于哈佛大学医学院，2013-2017年在斯坦福大学从事博士后研究工作，此后加入了Scripps研究所神经科学系工作。叶立教授表示，这些研究结果可能具有临床意义，这些发现表明了阻断由寒冷引发的食欲增加是可行的，从而允许简单的寒冷暴露更有效地推动减肥。团队接下来的主要目标之一是弄清楚如何将食欲增加与能量消耗的增加脱钩。以及这种由寒冷引起的食欲增加机制是否是身体用来补偿额外能量消耗的更广泛机制（例如运动后）的一部分。论文链接：题图为论文通讯作者、Scripps研究所叶立副教授

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