水鹽平衡是機(jī)體內(nèi)穩(wěn)態(tài)的重要組成部分，其中鈉離子穩(wěn)態(tài)對(duì)于各器官的生理活動(dòng)，特別是循環(huán)、心血管和神經(jīng)系統(tǒng)的正常工作有著關(guān)鍵意義。對(duì)于鈉穩(wěn)態(tài)的調(diào)控機(jī)制也是生理學(xué)領(lǐng)域長(zhǎng)期以來研究的重點(diǎn)，包括了外周和中樞不同神經(jīng)-內(nèi)分泌機(jī)制的參與。然而，長(zhǎng)期以來的研究多將外周和中樞機(jī)制相對(duì)獨(dú)立地進(jìn)行探索，如關(guān)注較多的血管緊張素II（ANGII）對(duì)腎臟重吸收的調(diào)節(jié)，以及腦內(nèi)的孤束核（NTS）等區(qū)域相應(yīng)的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制；缺少一條能夠?qū)Ⅲw液鈉離子濃度反饋至大腦的外周-中樞通路。

2023年2月16日，暨南大學(xué)張力教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合香港大學(xué)Billy K C Chow（鄒國(guó)昌）教授課題組，在Science Advances期刊上在線發(fā)表了題為“A gut-brain axis mediates sodium appetite via gastrointestinal peptide regulation on a medulla-hypothalamic circuit”的研究論文，揭示了在小鼠在低鈉情況下，結(jié)腸內(nèi)分泌細(xì)胞釋放胰泌素（SCT），并跨越血腦屏障，激活NTS腦區(qū)的胰泌素受體（SCTR）表達(dá)神經(jīng)元，并通過向下丘腦室旁核（PVH）的投射增強(qiáng)動(dòng)物對(duì)鹽分?jǐn)z入。

這也是張力課題組繼社交（Natl Sci Rev 2022 NSR：暨南大學(xué)張力課題組發(fā)現(xiàn)調(diào)控社交的杏仁核神經(jīng)元集群）、飲水(Curr Biol 2022 Curr Biol：港大Billy Chow/暨大張力等發(fā)現(xiàn)調(diào)控體液穩(wěn)態(tài)的神經(jīng)機(jī)制)后，不到一年時(shí)間內(nèi)連續(xù)發(fā)表的第三篇關(guān)于SCT調(diào)控本能行為的工作。

基于Billy Chow課題組既往對(duì)SCT影響水鹽穩(wěn)態(tài)的相關(guān)發(fā)現(xiàn)（PNAS 2009, FASEB J 2014&2019, Curr Biol 2022），研究人員首先構(gòu)建了急性低鈉模式小鼠，并發(fā)現(xiàn)SCTR或SCT敲除動(dòng)物在低鈉狀態(tài)下鹽水?dāng)z入總量減少。此外，即使是處于正常血鈉水平的小鼠，在尾靜脈中注射略高于生理濃度的SCT后，同樣引起了不必要的主動(dòng)鹽分?jǐn)z取，提示SCT能促進(jìn)動(dòng)物的鹽分?jǐn)z入（圖1）。

圖1：SCT影響低鈉（Na-D，左圖）及正常血鈉濃度（Na-S，右圖）小鼠的主動(dòng)鈉攝入量

為了進(jìn)一步闡釋SCT的外周-中樞機(jī)制，首先需要解析其特定組織或器官來源。張力課題組利用前期自行開發(fā)的SCT-Cre標(biāo)記小鼠（Natl Sci Rev 2022）結(jié)合Ai9報(bào)告動(dòng)物，發(fā)現(xiàn)了體內(nèi)主要分泌器官中，只有結(jié)腸組織在低鈉環(huán)境下SCT表達(dá)顯著性升高。

研究人員進(jìn)一步利用病毒局部注射，干擾結(jié)腸SCT基因表達(dá)，結(jié)果導(dǎo)致了低鈉小鼠鹽分?jǐn)z取顯著下降。而利用SCT-Cre小鼠，我們實(shí)現(xiàn)了化學(xué)遺傳激活結(jié)腸SCT+細(xì)胞，同樣發(fā)現(xiàn)了鹽分?jǐn)z取行為上升。這些結(jié)果均表明，結(jié)腸分泌SCT可以促進(jìn)動(dòng)物對(duì)鈉的渴求（圖2）。

圖2：腸道內(nèi)敲低SCT表達(dá)（左圖）或是激活SCT+細(xì)胞（右圖）均能顯著影響鹽分的主動(dòng)攝取行為

而為了尋找外周SCT可能作用的腦內(nèi)核團(tuán)，張力課題組又利用類似策略，在國(guó)內(nèi)外首次開發(fā)了SCTR-IRES-Cre小鼠。通過與報(bào)告小鼠雜交，我們發(fā)現(xiàn)了SCTR大量表達(dá)在NTS細(xì)胞內(nèi)，且此類神經(jīng)元可以對(duì)外周SCT注射產(chǎn)生明顯相應(yīng)響應(yīng)。

同時(shí)，對(duì)NTS-SCTR+細(xì)胞進(jìn)行的在體光纖記錄表明，這些細(xì)胞在攝入鈉離子的瞬間，神經(jīng)元活性顯著降低；但在正常鈉離子濃度下，額外的Na+攝入不能改變SCTR神經(jīng)元活性；此外，這類細(xì)胞對(duì)其它液體攝入或是鉀離子均沒有顯著反應(yīng)（圖3）。該結(jié)果進(jìn)一步說明，NTS-SCTR+神經(jīng)元響應(yīng)外周SCT濃度，可能參與調(diào)控鈉離子攝入行為。

圖3：在正常生理小鼠（上圖）中，飲用鹽水不影響NTS-SCTR+鈣活動(dòng)性；而在鈉缺乏（下圖）小鼠中，NTS-SCTR+細(xì)胞活動(dòng)性在攝入鹽水（而非清水）后顯著增加

最后，研究者解析了NTS-SCTR+細(xì)胞的可能投射靶點(diǎn)。通過環(huán)路示蹤發(fā)現(xiàn)，NTS-SCTR+細(xì)胞主要投射到PVH與中央杏仁核（CeA）兩個(gè)腦區(qū)。而通過光遺傳手段對(duì)不同靶區(qū)NTS神經(jīng)元投射末梢進(jìn)行了選擇性激活，則發(fā)現(xiàn)NTS-SCTR+細(xì)胞通過專一性的PVH投射，增加機(jī)體從飲水或是食物中對(duì)鹽分的渴求。而與之相反，NTS-SCTR+細(xì)胞向CeA的投射，則主要負(fù)責(zé)管理動(dòng)物的食欲而非鈉攝入（圖4）。

圖4：對(duì)于NTS-SCTR+細(xì)胞不同投射靶區(qū)的末梢光遺傳激活（下左圖）或是抑制（下右圖）均顯示，此類細(xì)胞通過向PVH的連接促進(jìn)動(dòng)物的鹽分?jǐn)z入

總結(jié)

綜上所述，本實(shí)驗(yàn)揭示了一條腸-腦軸介導(dǎo)的內(nèi)分泌-神經(jīng)調(diào)控鈉穩(wěn)態(tài)通路，即結(jié)腸內(nèi)SCT可感受機(jī)體低鈉狀態(tài)，自血液循環(huán)進(jìn)入腦內(nèi)，特異性結(jié)合NTS中受體表達(dá)神經(jīng)元，并通過腦干-下丘腦環(huán)路，促進(jìn)小鼠對(duì)鹽分的渴求和攝取行為（圖5）。這一工作對(duì)于完善機(jī)體水鹽內(nèi)穩(wěn)態(tài)的外周-中樞機(jī)制，進(jìn)而開發(fā)改善低鈉血癥等疾病的潛在藥物分子，都有一定的提示意義。

圖5：腸-腦軸調(diào)控鈉穩(wěn)態(tài)的內(nèi)分泌-神經(jīng)機(jī)制模式

論文工作由暨南大學(xué)張力課題組，和香港大學(xué)Billy Chow（鄒國(guó)昌）課題組聯(lián)合完成。香港大學(xué)-暨南大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生劉彧初、韋計(jì)安，及暨南大學(xué)博士研究生羅志華為論文的共同第一作者。該研究得到了科技部“科技創(chuàng)新2030”-腦科學(xué)和類腦研究重大專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金、香港特區(qū)政府優(yōu)配研究金、廣州市腦科學(xué)重大專項(xiàng)等基金的支持。實(shí)驗(yàn)工作主要依托暨南大學(xué)“中樞神經(jīng)再生”教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和香港大學(xué)生物科學(xué)學(xué)院開展。

原文鏈接:

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add5330