시상의 정중선에 있는 검상핵이 추위를 조절함

네이처(2023)이 기사 인용

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측정항목 세부정보

흡열동물의 경우 체온을 유지하는 것은 열량적으로 많은 비용이 듭니다1. 포유류는 에너지 소비를 보상하기 위해 추위에 더 많이 먹지만2 이러한 결합의 기초가 되는 신경 메커니즘은 잘 이해되지 않습니다. 행동 및 대사 분석을 통해 우리는 생쥐가 추위에 에너지 보존 상태와 음식 추구 상태 사이를 동적으로 전환한다는 것을 발견했습니다. 후자는 주로 추위 감각보다는 에너지 소비에 의해 주도됩니다. 추위로 인한 음식 탐색의 기본 신경 메커니즘을 확인하기 위해 우리는 전체 뇌 c-Fos 매핑을 사용하여 정중선 시상의 작은 핵인 검상돌기(Xi)가 에너지 소비 증가와 관련된 장기간의 추위에 의해 선택적으로 활성화된다는 것을 발견했습니다. 급성 추위에 노출된 경우는 아닙니다. 생체 내 칼슘 이미징은 Xi 활동이 추운 조건에서 음식을 찾는 에피소드와 상관관계가 있음을 보여주었습니다. 활동 의존적 바이러스 전략을 사용하여 우리는 저온 활성화된 Xi 뉴런의 광유전학적 및 화학유전학적 자극이 추운 조건에서 음식을 찾는 것을 선택적으로 반복하는 반면 그들의 억제는 그것을 억제한다는 것을 발견했습니다. 기계적으로 Xi는 춥지만 따뜻하지 않은 조건에서 음식을 찾는 행동을 촉진하는 상황에 따른 원자가 스위치를 인코딩합니다. 또한 이러한 행동은 Xi-to-nucleus Accumbens 투영에 의해 중재됩니다. 우리의 결과는 Xi가 흡열 동물의 에너지 항상성 유지에 중요한 메커니즘인 저온 유발 먹이 조절의 핵심 영역으로 확립되었습니다.

흡열의 출현은 진화 과정에서 수많은 적응적 이점을 가져왔습니다. 그러나 에너지 소비도 크게 증가했습니다. 이러한 증가된 에너지 수요를 촉진하기 위해 포유류는 온도 변화에 따라 먹이를 찾는 행동을 극적으로 조정하며 주변 온도와 음식 섭취량 사이에는 긴밀하고 불가분한 연관성이 있습니다. 환경이 추울수록 심부 체온을 유지하는 데 더 많은 음식이 필요합니다1,2 ,삼. 인간을 포함한 포유류는 추운 날씨에 더 많이 먹는 것으로 알려져 있습니다. 겨울 동안의 호화로운 잔치를 포함한 다양한 문화에 걸친 다양한 축제는 우리의 흡열적 진화 과거에 대한 증거입니다4,5,6. 그러나 추위로 인해 발생하는 에너지 요구와 먹이 섭취량의 증가를 연결하는 신경 기반은 포유류 생물학에 대한 우리의 이해에 아직 답이 없는 문제로 남아 있습니다.

설치류는 온도와 에너지 소비 사이의 연관성을 연구할 수 있는 훌륭한 모델입니다7. 예를 들어 실험실 쥐(Mus musculus)는 4°C에서 생활할 때 일일 음식 섭취량을 두 배로 늘릴 수 있으며, 이러한 조건에서 열 발생은 전신 에너지 소비의 약 60%에 기여합니다8. 차가운 감각은 외온 및 흡열 모두에서 뇌의 보존된 체성감각 및 섭식 센터를 통해 섭식에 심각한 영향을 미치는 것으로 나타났지만9,10,11,12,13, 추위로 인한 에너지 소비가 음식에 의해 보상되는지 여부 또는 방법은 불분명합니다. 섭취. 여기서 우리는 고해상도 대사 및 행동 분석을 결합하여 추위에 먹이를 많이 먹는 것이 에너지 소비의 결과임을 입증했습니다. 또한, 우리는 음식 추구 행동의 보상 증가를 중재하는 핵심 허브로서 정중 시상 검상 핵(Xi)을 식별했습니다.

4°C에서 마우스를 사육하면 열 발생, 에너지 소비 및 음식 섭취가 증가하는 것으로 보고되었습니다8,14. 에너지 소비에 대한 보다 자세한 정보를 얻기 위해 간접 열량계를 사용하여 산소 및 이산화탄소 교환 측정을 통해 실시간으로 개별 마우스의 에너지 소비를 결정했습니다. 일시적으로 해결된 간접 열량계는 환경 온도를 23°C에서 4°C로 전환하면 에너지 소비가 즉시 증가한다는 것을 보여주었습니다(그림 1a, b 및 확장 데이터 그림 1a-f). 그러나 온도 강하와 음식 섭취 증가 사이에는 초기 감소와 상당한 지연이 있었으며(그림 1b), 이는 급격한 냉감이 추위로 인한 수유의 직접적인 원인이 아닐 수도 있음을 시사합니다. 에너지 소비와 수유 사이의 시간적 연관성을 정량화한 후 우리는 추위 노출이 진행됨에 따라 음식 섭취가 에너지 소비와 더 많은 상관 관계가 있음을 발견했습니다(추위 노출 후 5-6시간에서 시작하여 그 이후에도 계속 증가함, 그림 1c). 이러한 진보적인 상관관계를 바탕으로 우리는 저온 노출 후 5~6시간을 저온 유발 에너지 보상(CIEC)의 시작으로 정의하고 비디오 녹화를 포함한 나머지 연구 기간 동안 이 시간 창에 집중했습니다. 이러한 행동을 더 잘 이해하기 위해 이 기간 내에 쥐의 수를 조사했습니다.