口渴的解除其實有着複雜的機制。藉助光遺傳學技術，研究人員發現口腔和咽喉的傳感器會對攝入的飲料進行快速評估，但大腦需要結合來自腸胃的信號來進行最終決策。

　　圖片來源：Pixabay

　　來源UNIVERSITY OF CALIFORNIA - SAN FRANCISCO

　　翻譯 鄭逸嫺

　　審校 戚譯引

　　關於人應該喝多少水的建議無處不在。但是，大腦是如何判斷你已經喝夠了水，從而讓你感覺不再口渴的？加州大學舊金山分校（UCSF）於 3 月 27 日在《自然》（Nature）期刊上發表的一項新研究可能會給我們答案。

　　直到不久前，科學家們還認爲，當大腦中被稱爲下丘腦的區域檢測到血液中水分含量下降時，它就對我們發出口渴的信號。但是，加州大學舊金山分校生理學副教授、霍華德休斯醫學研究所（Howard Hughes Medical Institute）研究員、神經科學家 Zachary Knight 博士意識到，這不可能是完整的解釋——特別是因爲一杯清爽的飲料一入口，口渴的感覺幾乎就會立即消失，儘管我們的身體還需要 10 分鐘或更長的時間才能真正吸收水分。

　　在 2016 年的一項研究中，Knight 實驗室的研究生 Christopher Zimmerman 幫助解釋了這一現象。他觀察到，當小鼠喝水時，口腔和喉嚨的傳感器能夠向下丘腦中和口渴有關的神經元發送信號，關閉“口渴”的信息。這些傳感器似乎能夠根據動物吞嚥的液體量來預測飲料補充水分的能力，並且它們對冷飲特別敏感，這或許可以解釋爲什麼冰鎮飲料如此令人精神煥發。

　　“這種來自口腔和喉嚨的快速信號似乎能夠追蹤你喝了多少水，並與你身體所需要的水分的量進行對比，”Zimmerman 說，“但我們也知道這個快速信號並不是全部的解釋。”

　　研究人員尤其想知道大腦如何準確判斷每種飲料補充水分的能力。畢竟，海水並不能解渴，但在激活口腔和喉嚨中的傳感器方面，它的作用在很大程度上和冰水是一樣的。

　　在他們的新研究中，Zimmerman 及其同事在小鼠的下丘腦附近植入柔性光纖，來觀察它們喝鹽水的時候和口渴有關的神經元的活動。與該團隊早期的研究結果一致，一旦口渴的動物喝了水之後，這些神經元就會安靜下來，但很快又重新活躍，好像有其他一些傳感器正在測試動物剛喝下的水，並提醒大腦：“太鹹了，保持口渴！”

　　爲了觀察這些信號是否來自腸胃，研究人員將液體直接注入口渴的小鼠的胃中，同時觀察它們的相關神經元的活動。他們發現，注入淡水會使這些細胞停止活動，就像喝了水一樣；但在注入鹽水後，這些神經元仍保持活躍狀態。當小鼠先被注入鹽水、再喝淡水時，這些神經元在喝到水的時候先是安靜下來，但很快又重新活躍，好像正在提醒小鼠需要多喝點水來稀釋胃中被添加的鹽。

　　這些結果表明，Zimmerman 在 2016 年發現的口腔和咽喉中的傳感器負責讓大腦暫時解渴，以獎勵動物喝水這一動作；但和口渴有關的神經元將根據腸胃中的二級傳感器來重新評估這一決定，它們預測攝入的飲料補充水分的效果，並告訴大腦是否需要繼續喝水。（作者認爲這些二級傳感器可能位於小腸的前端。）

　　“有趣的是，鹽水並沒有驅使水分充足的小鼠飲水，而只會驅使已經口渴的老鼠去喝水，”Zimmerman 說，“這表明解渴需要收到來自腸道的信號，但實際上你需要先脫水才能觸發口渴信號。”

　　下丘腦中與口渴有關的神經元（綠色和紅色）根據來自腸道的信號，判斷一份飲料能夠補充多少水分。圖片來源：Knight lab / UCSF。

　　研究人員證明，腸道的水分信號通過迷走神經傳送，以激活與口渴有關的神經元，它們位於下丘腦的穹窿下器官（SFO）。藉助光遺傳學技術，即利用光束激活或關閉特定的神經元組，研究人員展示了這些神經元將信息傳遞到附近的正中視前核（MnPO）的過程，MnPO 可以通過驅動動物飲水並告知腎臟保留血液中的水來作出響應。

　　研究人員驚奇地發現，MnPO 中的一部分單個神經元似乎能夠響應和整合來自口腔和咽喉的飲水信號、來自腸道的飽食信號以及來自血液的動物體內水分含量的信息。附近的其他細胞也參與編碼其他信息，如動物的壓力水平或水源的可利用性等。

　　Knight 說：“這是我們第一次能夠實時觀察這一現象，即單個神經元整合來自身體不同部位的信號，以控制喝水等行爲。這將幫助我們進一步研究所有這些信號如何相互作用，例如血壓或體溫如何影響人們的口渴和食慾等感覺。”

　　除了研究 SFO 和 MnPO 中與口渴有關的神經元的正常功能外，研究人員希望利用這些知識瞭解這些神經元如何調節體內液體平衡以及調節過程是否存在缺陷，並可以用來解釋高血壓等疾病的起因。

　　“下丘腦是將人體生理狀況保持在健康範圍內的關鍵中心，無論是水分、食慾、維持合適的體溫還是控制血壓等，所有這些需求都會相互競爭、相互影響，”奈特說，“過去我們一直很難研究所有這些因素在活體動物的大腦中如何相互作用，但像這樣的研究開始讓我們得以探索這個關鍵問題。”

　　論文信息

　　【標題】A gut-to-brain signal of fluid osmolarity controls thirst satiation

　　【作者】Christopher A. Zimmerman, Erica L. Huey, Jamie S. Ahn, Lisa R. Beutler, Chan Lek Tan, Seher Kosar, Ling Bai, Yiming Chen, Timothy V. Corpuz, Linda Madisen, Hongkui Zeng & Zachary A. Knight

　　【日期】27 March 2019

　　【期刊】Nature

　　【DOI】10.1038/s41586-019-1066-x

　　【摘要】Satiation is the process by which eating and drinking reduce appetite. For thirst, oropharyngeal cues have a critical role in driving satiation by reporting to the brain the volume of fluid that has been ingested. By contrast, the mechanisms that relay the osmolarity of ingested fluids remain poorly understood. Here we show that the water and salt content of the gastrointestinal tract are precisely measured and then rapidly communicated to the brain to control drinking behaviour in mice. We demonstrate that this osmosensory signal is necessary and sufficient for satiation during normal drinking, involves the vagus nerve and is transmitted to key forebrain neurons that control thirst and vasopressin secretion. Using microendoscopic imaging, we show that individual neurons compute homeostatic need by integrating this gastrointestinal osmosensory information with oropharyngeal and blood-borne signals. These findings reveal how the fluid homeostasis system monitors the osmolarity of ingested fluids to dynamically control drinking behaviour.

　　【鏈接】

　　https://www.nature.com/articles/s41586-019-1066-x