視床正中線の剣状核が寒さを制御する

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内温動物にとって体温の維持はカロリー的に高価です1。 哺乳類は、寒さの中でエネルギー消費を補うためにより多くの食事をとります2が、この結合の根底にある神経機構はよくわかっていません。 行動および代謝の分析を通じて、マウスは寒さの中でエネルギー節約状態と食物探索状態の間で動的に切り替わり、後者は主に寒さの感覚ではなくエネルギー消費によって動かされることがわかりました。 寒さによる食物探索の根底にある神経機構を特定するために、全脳c-Fosマッピングを使用したところ、視床正中線にある小さな核である剣状突起（Xi）が、エネルギー消費の増加を伴う長期にわたる寒さによって選択的に活性化されることがわかりました。急性寒冷曝露ではない。 in vivo カルシウムイメージングでは、Xi 活動が寒冷条件下での食物探索エピソードと相関していることが示されました。 我々は、活動依存性のウイルス戦略を用いて、寒冷活性化Xiニューロンの光遺伝学的および化学遺伝学的刺激が寒冷条件下で選択的に食物探索を再現するのに対し、その阻害によりそれが抑制されることを発見した。 機構的には、Xi は、暖かい環境ではなく寒い環境下で食物を求める行動を促進する、状況依存の価数スイッチをエンコードしています。 さらに、これらの動作は、Xi から側坐核への投影によって媒介されます。 我々の結果は、Xiが、内温動物のエネルギー恒常性の維持における重要な機構である寒冷誘発摂食の制御における重要な領域であることを確立している。

吸熱性の出現は、進化の過程で数多くの適応上の利点をもたらしました。 ただし、エネルギー消費の大幅な増加も伴いました。 このエネルギー需要の増加を促進するために、哺乳類は気温の変化に応じて採餌行動を劇的に適応させます。また、周囲温度と食物摂取量の間には密接で切っても切れない関係があります。環境が寒ければ寒いほど、深部体温を維持するためにより多くの食物が必要になります1,2。 、３． 人間を含む哺乳類は、寒いところでは食欲が増すことが知られています。 冬の間に豪華なごちそうを伴うさまざまな文化にわたるさまざまな祭りは、私たちの内温進化の過去の証拠です4、5、6。 しかし、寒さから生じるエネルギー需要と摂食量の増加を結びつける神経基盤は、哺乳類生物学の理解において未解決の疑問のままです。

げっ歯類は、温度とエネルギー消費の関係を研究するための優れたモデルです7。 たとえば、実験用マウス (Mus musculus) は、4 °C で生活すると 1 日の食物摂取量を 2 倍にすることができ、この条件下では熱産生が全身のエネルギー消費の約 60% に寄与します8。 冷感は、外温動物と内温動物の両方において、脳に保存されている体性感覚と摂食中枢を介して摂食に重大な影響を与えることが示されている9,10,11,12,13が、寒さによって引き起こされるエネルギー消費が食物によって補われるかどうか、あるいはどのように補われるかは依然として不明である。摂取。 今回我々は、高解像度の代謝分析と行動分析を組み合わせて、寒冷地での摂食量の増加がエネルギー消費の結果であることを実証しました。 さらに、我々は視床正中剣状核（Xi）が食物探索行動の代償性増加を媒介する重要なハブであることを特定した。

マウスを 4 °C で飼育すると、熱産生、エネルギー消費、摂食量が増加することが報告されています 8,14。 エネルギー消費量をより詳細に把握するために、間接熱量測定を使用して、酸素と二酸化炭素の交換の測定を通じて個々のマウスのエネルギー消費量をリアルタイムで測定しました15。 時間分解間接熱量測定により、環境温度を 23 °C から 4 °C に切り替えると、エネルギー消費が直ちに増加することが示されました (図 1a、b および拡張データ図 1a ～ f)。 しかし、体温の低下と摂食量の増加の間には初期の低下と大幅な遅れがあり（図1b）、急速な冷感が寒冷誘発摂食の直接の原因ではない可能性があることを示唆しています。 エネルギー消費と摂食の間の時間的関連性を定量化した結果、寒冷曝露が進行するにつれて、食物摂取とエネルギー消費の相関が高まることがわかりました（寒冷曝露後5〜6時間で始まり、その後も上昇したままです;図1c）。 この漸進的な相関関係に基づいて、我々はこの寒冷曝露後 5 ～ 6 時間を寒冷誘発エネルギー補償 (CIEC) の開始と定義し、ビデオ録画を含む研究の残りの時間枠に焦点を当てました。これらの行動をよりよく理解するために、この期間内のマウスの数を調査しました。