2024年1月3日，廣東省智能科學(xué)與技術(shù)研究院石云團(tuán)隊(duì)在《Cell Discovery》在線發(fā)表了題為《TMEM63B Channel Is the Osmosensor Required for Thirst Drive of Interoceptive Neurons》的科研論文，揭示了機(jī)體感知渴覺信號(hào)的關(guān)鍵分子。
渴覺是人體補(bǔ)充水分的動(dòng)力，其直接驅(qū)動(dòng)力為機(jī)體滲透壓升高。然而我們不清楚身體如何感知滲透壓變化，繼而編碼神經(jīng)信號(hào)，產(chǎn)生渴的感覺，促進(jìn)飲水。
人體內(nèi)的水約占身體重量的60%，這些水通過蒸發(fā)、呼吸和排泄不斷流失，導(dǎo)致體液滲透壓上升。為了維持體液的穩(wěn)定狀態(tài)，大腦嚴(yán)格控制喝水的時(shí)間和數(shù)量。對(duì)于絕大多數(shù)的哺乳動(dòng)物包括人類，機(jī)體的滲透壓都維持在300mOsm/L左右的水平，維持機(jī)體的滲透壓相對(duì)穩(wěn)定對(duì)于機(jī)體具有生死存亡的意義。過去的研究表明，第三腦室附近的穹窿下器位于血腦屏障外，可以直接獲取有關(guān)血漿滲透壓的信息，在機(jī)體缺少水的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的神經(jīng)信號(hào)發(fā)放，觸發(fā)渴覺，促使動(dòng)物調(diào)整適應(yīng)性尋水行為和激素反應(yīng)，抵抗系統(tǒng)滲透壓的升高。穹窿下器因此被認(rèn)為是渴覺感受器核團(tuán)。穹窿下器中含有一些內(nèi)感受神經(jīng)元，它們的靜息電活動(dòng)編碼機(jī)體滲透壓設(shè)定點(diǎn)，機(jī)體滲透壓變化時(shí)，這些神經(jīng)元的放電頻率受到擾動(dòng)而變化，向下游神經(jīng)元發(fā)出擾動(dòng)的大小和極性信號(hào)，因此這些內(nèi)感受神經(jīng)元在功能上被認(rèn)為是機(jī)體滲透壓的初級(jí)感受器，是渴覺神經(jīng)元。
一般認(rèn)為，渴覺神經(jīng)元細(xì)胞膜上含有滲透壓敏感的離子通道，從而監(jiān)測機(jī)體滲透壓的變化并轉(zhuǎn)化為神經(jīng)電信號(hào)。這些離子通道因其在渴覺信號(hào)感受中的關(guān)鍵作用，又被稱為渴覺分子。然而經(jīng)過了漫長的探索，渴覺分子的身份一直成謎。尋找渴覺分子成為一個(gè)長期以來懸而未決的科學(xué)難題。
石云團(tuán)隊(duì)近年鑒定了TMEM63B和其同家族離子通道是一類新的滲透壓敏感通道（Cell Reports 2020）。通過分析穹窿下器的單細(xì)胞測序數(shù)據(jù),作者發(fā)現(xiàn)Tmem63b基因在穹窿下器渴覺神經(jīng)元中富集表達(dá)，提示TMEM63B通道可能是渴覺分子。作者利用分子生物學(xué)技術(shù)，在小鼠穹窿下器渴覺神經(jīng)元剔除了Tmem63b基因，發(fā)現(xiàn)小鼠在誘導(dǎo)渴的實(shí)驗(yàn)中，對(duì)水的索求行為下降了。作者進(jìn)一步利用基因小鼠、電生理等實(shí)驗(yàn)技術(shù)證明了TMEM63B通道是渴覺神經(jīng)元感知高滲信號(hào)的渴覺分子（圖一），從而揭開了這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的重大科學(xué)謎題。
圖一、穹窿下器神經(jīng)元細(xì)胞膜上的TMEM63B感受高滲信號(hào)，觸發(fā)神經(jīng)放電，編碼渴覺。
該研究得到了科技部重大研究計(jì)劃，國家自然科學(xué)基金和廣東省高水平創(chuàng)新研究院項(xiàng)目等研究經(jīng)費(fèi)的資助。南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士生楊國林為論文第一作者，廣東省智能科學(xué)與技術(shù)研究院和南京大學(xué)石云教授、鄭州大學(xué)附屬第一醫(yī)院楊建軍教授和南京鼓樓醫(yī)院李偉教授為該文的通訊作者。
研究論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41421-023-00628-x
