当你喝水的时候，大脑发生了什么？

盐分的主要组成离子是钠离子，它是维持细胞外液和血容量的重要矿物质，同时参与了多种生理功能的调节。当身体缺乏盐分的时候会引起对盐分强烈的食欲；但在身体体液平衡、血容量正常的时候我们对高盐饮食也会产生抵触。那么，我们的大脑是怎么感知体内盐含量并调节水盐摄入呢？

钠离子是体液（血液和组织间液最主要的阳离子，也是决定渗透压的主要因素。科学研究证明中枢神经系统中的室周感受器起着感受体液钠离子含量的功能。室周感受器包括穹窿下器（subfornical organ,SFO）、血管终板（organum vasculosum of the lamina terminalis, OVLT）、和后极区（area postrema,AP）。其中穹窿下器和血管终板内存在多种渗透压感受神经元和血管紧张素敏感神经元【1】，目前研究认为他们将体液生理信号传送给下丘脑神经元，如正中视前核（median preoptic nucleus, MnPO），下丘脑整合感受信息并投射到全脑不同区域形成“喝水”或“吃盐”的行为输出（图1）。 

图1（Allen et al., Science. 2019）

美国斯坦福大学骆利群团队和Karl Deisseroth团队在2017年利用TRAP2动物结合单细胞测序标记出正中视前核被渴觉激活的神经元【2】。TRAP2动物是一种经过基因编辑的工具小鼠，其即早基因Fos下游携带重组酶cre-ERT2序列。当神经元被激活时,Fos基因与cre-ERT2同时表达。当腹腔注射他莫西芬后，cre重组酶转移到细胞核内，可以介导LoxP依赖的蛋白表达。在这群神经元中表达并激活光抑制通道时，即使缺水动物也会减少喝水量；当表达并激活光激活通道时，水饱的动物又马上继续喝水，并且喝水频率与光刺激的频率呈正相关。利用光纤记录神经元钙活动发现这群神经元活性在渴觉诱发的自发喝水开始的1min内迅速下降。在此基础上，该团队又利用了高密度微电极neuropixels记录了21只小鼠在口渴想喝水状态下34个脑区共计23881个神经元在87次实验中的放电活动，这34个脑区包括MnPO的直接下游、与这些下游有投射关系的二级下游、与嗅觉相关的脑区以及舔水动作相关的脑区【3】。研究发现，渴觉可以同时引起全脑多个脑区的联动，共同产生饮水行为，而不是通过简单的单通路的信息传递。上述脑区在饱足状态下和口渴状态下的自发活动也不尽相同（图2）。

图2（Allen et al., Science. 2019）

当处于缺水口渴时动物会对水有强烈渴求，而在缺盐时，动物同样会对盐有强烈渴求。加州理工大学的Yuki Oka团队在2019年研究中发现在位于脑干前蓝斑核（pre-locus coeruleus, pre-LC）区域表达强啡肽原（prodynorphin，pdyn）的神经元可以介导盐分的摄入【4】。缺盐可以激活这类兴奋性的pdyn神经元激活。利用光遗传特异性激活这群神经元会引起强烈的盐分摄入，即使对固体岩盐块也不例外，但是小鼠随即也产生厌恶情绪。利用光遗传和化学遗传学方法，特异性抑制抑制这群神经元可以减少盐份摄入。病毒介导的神经示踪实验发现pre-LC接受来自延髓孤束核和多个下丘脑区域的投射，并投射到终纹床核（ventral bed nucleus of the stria terminalis，BNST）引起盐分摄入行为。

在2016年，日本国立生物研究所Masaharu Noda团队【5】发现SFO区域中表达血管紧张素II受体1a的神经元，通过投射到不同的下游分别介导饮水和盐摄入的行为：投射到血管终板的神经元介导饮水行为，当身体缺盐的时候会被抑制；投射到腹侧终纹床核的神经元介导盐摄入行为，当身体缺水时会被抑制。

我们身体时刻处于动态平衡的状态，有赖于我们的大脑时刻监控着体液盐分变化，并启动相应的行为加以纠正。或许，在你特别想吃一顿重口味的大餐时，正是你的大脑发出信号，该补点盐分了！

参考文献：

【1】C. Gizowski, C. W. Bourque, The neural basis of homeostatic and anticipatory thirst. Nat. Rev. Nephrol. (2018)

【2】Allen W E, Denardo L A, Chen M Z, et al. Thirst-associated preoptic neurons encode an aversive motivational drive. Science (2017)

【3】Allen W E, Chen M Z, Pichamoorthy N, et al. Thirst regulates motivated behavior through modulation of brainwide neural population dynamics. Science. (2019)

【4】Lee S, Augustine V, Zhao Y, Ebisu H, Ho B, Kong D, Oka Y. Chemosensory modulation of neural circuits for sodium appetite. Nature. (2019)

【5】Matsuda T, Hiyama TY, Niimura F, Matsusaka T, Fukamizu A, Kobayashi K, Kobayashi K, Noda M. Distinct neural mechanisms for the control of thirst and salt appetite in the subfornical organ. Nature neuroscience. (2017)

感谢李栩琳的投稿

感谢王虹博士的审核

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