Cell子刊：天气热为啥容易犯困？研究找到了背后的原因

常言道：春困秋乏夏打盹。人类的行为总是会随着四季温度的变化而改变。果蝇等小型变温动物也不例外，它们依赖于绝对温度的测量来识别冷或热的外部条件，并做出相应的反应。冷热温度对飞行活动和睡眠有不同的影响，但调节行为以适应特定热条件的电路和机制尚不清楚。

2022年8月17日，美国西北大学温伯格艺术与科学学院的Marco Gallio 团队在 Current Biology  杂志在线发表题为“A thermometer circuit for hot temperature adjusts Drosophila behavior to persistent heat”的研究论文，该研究揭开了果蝇体内用作高温温度计的电路的神秘面纱。位于果蝇头内的内部传感器，显示出与果蝇首选范围以上的温度成比例的持续活动。这些细胞是大脑的昼夜节律中心，专门针对在炎热条件下调整白天的“午睡”睡眠。

作为恒温动物，我们的体温相对独立于环境温度，因此我们根据它来定义冷热：我们认为高于皮肤的温度是热的，低于皮肤的温度是冷的。相反，昆虫等变温动物的内部温度在很大程度上取决于外部条件。在没有稳定的内源性参考点的情况下，对“热”或“冷”（分别高于或低于优选范围的温度）的选择性反应必须取决于绝对而不是相对温度（即加热/冷却） 从参考点）测量。

该论文的研究者们之前报道了黑腹果蝇中存在一个专门的“冷温度计”电路：一个编码寒冷范围内的绝对温度的电路，它选择性地调节白天睡眠以响应寒冷的温度。

该电路由飞行天线的冷激活热感觉受体神经元 (thermosensory receptor neurons, TRNs) 和特定的二阶热感觉投射神经元细胞类型 (second-order thermosensory projection neuron cell type, TPN-II) 组成。

这种独特的 TPN 显示出持续的活动随温度变化，但仅适用于低于果蝇最喜欢的 25 C（即“冷”）的绝对温度。TPN-II是一小群昼夜节律神经元，专门针对寒冷条件调整白天活动和睡眠模式（图1）。

图1. 果蝇热感知机制（图源自Current Biology ）

那么果蝇大脑中是否有用于高温的平行温度计电路？

该研究使用膜片钳电生理学来证明位于果蝇飞头囊内的内部热感觉神经元（AC神经元）在高温范围内充当温度计。 ACs表现出与绝对温度成比例的持续发射率——但仅适用于高于果蝇首选的 ~25°C 的温度（即“热”温度）。

图2. 果蝇热感知机制（图源自Current Biology ）

研究者确定了果蝇大脑连接组中的 ACs，并证明它们针对一类昼夜节律神经元——LPNs。LPNs 从 ACs 接收兴奋性驱动并对热刺激做出强烈反应，但它们的反应并不完全依赖于 ACs。相反，LPN 通过一类新的二阶投影神经元 (TPN-IV) 接收来自飞行天线的热感应神经元的独立驱动。

最后，研究者们发现沉默 LPN s会阻止白天“午睡”睡眠的重组，这通常是对持续高温的反应。

总之，该研究以果蝇为模型，证明了温度变化的确会影响睡眠。研究表明果蝇神经系统分别编码和传递绝对冷热温度信息，显示睡眠和活动模式如何适应特定温度条件，并说明来自感觉通路的持续驱动如何影响长期行为时间尺度。

原文链接：

https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(22)01209-X

https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.04.038