Исследовательская группа из Университета Нагоя в Японии сообщила, что группа нейронов, называемых нейронами EP3, в преоптической области мозга играет ключевую роль в регуляции температуры тела у млекопитающих. Открытие может проложить путь к разработке технологии, которая искусственно регулирует температуру тела для лечения теплового удара, переохлаждения и даже ожирения. Новое исследование было опубликовано в журнале Science Advances .
Температура тела у людей и многих других млекопитающих регулируется на уровне около 37°C (98,6°F), что оптимизирует все регуляторные функции. При заметном отклонении температуры тела от нормы нарушаются функции, что может привести к тепловому удару , переохлаждению и, в худшем случае, к летальному исходу. Тем не менее, эти состояния можно лечить, если температуру тела можно искусственно отрегулировать до нормального диапазона.
Центр регуляции температуры мозга находится в преоптической области, части гипоталамуса, которая контролирует жизненно важные функции организма. Например, когда преоптическая область получает сигналы от медиатора, называемого простагландином Е (PGE 2 ), который вырабатывается в ответ на инфекции, эта область вырабатывает команду на повышение температуры тела для борьбы с вирусами, бактериями и другими болезнетворными организмами.
Однако до сих пор неясно, какие именно нейроны в преоптической области выдают команды для повышения или понижения температуры тела. Чтобы идентифицировать такие нейроны, профессор Казухиро Накамура, преподаватель Йошико Накамура и их коллеги из Университета Нагоя в сотрудничестве с профессором Хироюки Хиоки из Университета Дзюнтендо провели исследование на крысах. Они сосредоточились на нейронах EP3 в преоптической области, которые экспрессируют рецепторы EP3 PGE 2 , и исследовали функцию регулирования температуры тела.
Профессор Накамура и его коллеги впервые исследовали, как активность нейронов EP3 в преоптической области изменяется в ответ на изменения температуры окружающей среды. Комфортная температура окружающей среды для крыс составляет около 28°С. В течение двух часов исследователи подвергали крыс воздействию холодной (4°C), комнатной (24°C) и горячей (36°C) температур. Результаты показали, что воздействие 36°C активировало нейроны EP3, а воздействие 4°C и 24°C – нет.
Затем группа наблюдала за нервными волокнами нейронов EP3 в преоптической области, чтобы определить, куда передаются сигналы от нейронов EP3. Наблюдение показало, что нервные волокна распределяются по различным областям мозга, в частности, к дорсомедиальному гипоталамусу (DMH), который активирует симпатическую нервную систему. Их анализ также показал, что вещество, которое нейроны EP3 используют для передачи сигнала к DMH, представляет собой гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК), основной ингибитор возбуждения нейронов.
Для дальнейшего изучения роли нейронов EP3 в регуляции температуры исследователи искусственно манипулировали их активностью, используя хемогенетический подход. Они обнаружили, что активация нейронов приводит к снижению температуры тела, тогда как подавление их активности приводит к ее повышению.
В совокупности это исследование показало, что нейроны EP3 в преоптической области играют ключевую роль в регулировании температуры тела, высвобождая ГАМК для отправки тормозных сигналов на нейроны DMH для контроля симпатических реакций. «Вероятно, нейроны EP3 в преоптической области могут точно регулировать силу сигнала для точной настройки температуры тела», — сказал профессор Накамура, ведущий автор исследования.
«Например, в жаркой среде сигналы усиливаются, чтобы подавить симпатическую активность, что приводит к увеличению притока крови к коже, чтобы облегчить излучение тепла тела и предотвратить тепловой удар. Однако в холодной среде сигналы уменьшаются, чтобы активировать симпатические выходы, которые способствуют выработке тепла в бурой жировой ткани и других органах для предотвращения гипотермии. Кроме того, во время инфекции PGE 2 действует на нейроны EP3, подавляя их активность, что приводит к активации симпатических выходов для развития лихорадки».
Результаты этого исследования могут проложить путь к разработке технологии искусственного регулирования температуры тела, которая может применяться в самых разных областях медицины. Интересно, что эта технология может быть полезна при лечении ожирения, поддерживая температуру тела немного выше нормальной, чтобы способствовать сжиганию жира.
«Кроме того, эта технология может привести к новым стратегиям выживания людей в более жарких глобальных условиях, которые становятся серьезной мировой проблемой», — сказал профессор Накамура.
«Преоптические нейроны , экспрессирующие рецептор простагландина EP3, двунаправленно контролируют температуру тела с помощью тонической ГАМКергической передачи сигналов», опубликовано в журнале Science Advances 23 декабря 2022 года.
