Nature: 改写教科书！科学家揭示中脑多巴胺能神经元调控体液平衡的神经环路

水和食物具备奖赏的特性，这主要是因为它们满足了机体的内在需求。具体来说，摄入食物提供两种主要形式的奖赏价值：营养和享乐。营养奖赏来自代谢和稳态信号，享乐奖赏来自愉悦的感官特性。作为对食物或水的反应，腹侧被盖区多巴胺能（VTA-DA）神经元释放出大量多巴胺。

2022年7月13日加州大学生理学系ZacharyA.Knight研究团队发现VTA-DA神经元可追踪饮水后系统性补液过程，响应体液平衡过程。

图1：内窥镜记录VTA-DA神经元活性

通过埋置GRINs透镜实现在体观察VTA-DA神经元钙离子活性变化，发现小鼠在舔舐水溶液后VTA-DA神经元活性增加，在撤掉水溶液后约10分钟，该类型神经元钙离子活性增加更为明显，存在延迟反应。

有意思的是，这个延迟反应的时间窗与水融入血液中进行系统性补液的时间窗吻合，表明系统性补液可诱发延迟激活VTA-DA神经元。

小鼠在摄入水溶液后大部分VTA-DA神经元被激活，小部分被抑制，但在摄入高渗透压溶液后大部分VTA-DA神经元被抑制，小部分被激活，而在降低血容量或血压后几乎不引起VTA-DA神经元响应，这就表明VTA-DA神经元可响应机体渗透压变化，在体液平衡中发挥重要作用。

小鼠胃内直接灌注水溶液或腹腔注射水溶液均能引起VTA-DA神经元的延迟反应。饥饿小鼠在进食固体食物时VTA-DA神经元活性明显增加，但并不会引起类似于饮水的延迟反应。

图2：调控体液平衡的上游神经环路

已有研究表明调控摄食行为的外侧下丘脑（LH）抑制性神经元投射到VTA-DA神经元（以下简称LH-GABA→VTA ）。钙成像技术发现LH抑制性神经元在摄入水溶液后被激活，在摄入高渗溶液后被抑制。通过化学遗传学技术慢性抑制LH-GABA→VTA环路后水溶液摄入并不能增加VTA-DA神经元活性。

此外，在光激活LH-GABA→VTA环路后持续抑制VTA区域抑制性神经元活性，这就表明水溶液摄入可通过该环路间接抑制VTA区域抑制性神经元活性进而增加DA神经元活性。

图3：调控体液平衡的下游神经环路

穹窿下器官 (SFO)谷氨酸能神经元可编码体液平衡信息，调控渴觉，该脑区为LH的上游脑区，慢性激活SFO区域谷氨酸能神经元尽管不影响VTA-DA神经元活性，但可增强摄水引起的VTA-DA神经元活性。

为进一步探究VTA-DA神经元调控体液平衡功能的下游区域，研究人员通过病毒示踪实验发现VTA-DA神经元投射到边缘下前额叶皮质（IL）、基底外侧杏仁核（BLA）、背侧纹状体（DS）和伏隔核（NAc）。

一般来说，食物或水经口进入胃肠道再到血液。光纤钙成像技术发现在经口摄入溶液后IL、BLA、DS、NAc等区域神经元活性均增加，灌胃摄入后主要引起BLA、NAc区域神经元活性增加。这些结果表明VTA通过投射到不同区域形成不同的环路调控不同阶段的摄水行为。

总的来说，本文揭示了中脑腹侧被盖区多巴胺能神经元通过不同的神经环路追踪机体体液变化，调控体液平衡：外侧下丘脑抑制性神经元整合来自于穹窿下器官编码的体液平衡信息并传递给腹侧被盖区多巴胺能神经元。

原始出处：

Grove， J.C.R.， Gray， L.A.， La Santa Medina， N. et al. Dopamine subsystems that track internal states. Nature (2022). https：//doi.org/10.1038/s41586-022-04954-0.