Nature：大脑如何控制疾病症状

事情是这样的:神经系统与免疫系统对话，发现身体受到了感染，然后协调一系列行为和生理上的改变，表现为不愉快的疾病症状。对神经科学家来说，长期存在的问题是:这是如何在大脑中发生的，在哪里发生的?来自凯瑟琳·杜拉克(Catherine Dulac)和庄晓伟(Xiaowei Zhuang)实验室的哈佛大学研究人员从老鼠的大脑中寻找了答案。

在《自然》杂志上发表的一项新研究中，研究人员和他们的合作者描述说，他们在大脑底部附近发现了一小群神经元，这些神经元可以诱发疾病症状，包括发烧、食欲下降和寻求温暖的行为。

这些神经元之前没有被描述过，它们位于下丘脑的一个区域，下丘脑是大脑的一部分，控制着保持身体平衡、健康状态的关键自我平衡功能。研究人员发现，这些神经元具有能够直接检测来自免疫系统的分子信号的受体，而大多数神经元都没有这种能力。

杜拉克实验室的博士后研究员、该研究的主要作者杰西卡·奥斯特豪特(Jessica Osterhout)说:“对我们来说，确立这一基本原则很重要，即大脑甚至可以感知这些免疫状态。”“以前人们对这一点的理解很差。”

研究人员发现，下丘脑的关键区域位于大脑中被称为血脑屏障的可渗透区域的右侧，这有助于血液循环到大脑。

“发生的情况是，与血液和外周免疫系统接触的血脑屏障细胞被激活，这些非神经元细胞分泌细胞因子和趋化因子，反过来，激活了我们发现的神经元群体。”

希望有一天，科学家可以利用这一机制的工作原理，针对人类的这一过程，当它对某人的健康产生厌恶时，逆转这一过程。

例如，发烧通常是一种有助于消除病原体的健康反应。但当它太高时，也会变得危险。同样的道理也适用于食欲不振或口渴减轻，这在一开始是有益的。但持续缺乏营养或水分就会开始阻碍恢复。

奥斯特霍特说:“如果我们知道它是如何起作用的，也许我们可以帮助那些有这些症状的患者，比如化疗患者或癌症患者，他们食欲很低，但我们真的无能为力。”

这项工作最初是为了观察自闭症患者的发烧效应。这是一种现象，自闭症患者的自闭症症状会减少当患者有发烧等感染症状时。他们的目标是找到产生发烧的神经元，并将它们与参与社会行为的神经元联系起来。

相反，Osterhout发现许多神经元在动物生病时被激活。她将注意力集中在下丘脑腹侧内侧视前区大约1000个神经元上，因为它们的位置靠近血脑屏障。

为了找到神经元被激活的不同区域，Osterhout给小鼠注射了模拟细菌或病毒感染的促炎剂、脂多糖或多胞苷酸。她分析了大脑扫描中被激活的区域。

然后，Osterhout和他的同事们使用了一套强大而精确的方法，称为化学和光遗传学来控制和研究不同神经元群体之间的连接。使用这些工具，他们能够根据指令激活或关闭小鼠大脑中的这些神经元，并通过观察发生了什么来确定它们的功能。

研究人员发现，使用这些工具，他们可以增加小鼠的体温，增加寻求温暖的行为，并减少食欲。该报告称，他们描述的神经元投射到12个大脑区域，其中一些已知控制口渴、痛觉和社交互动。这表明，其他疾病行为也可能受到这里神经元活动的影响。

在实验过程中，科学家们还注意到，当免疫系统的分子发出更多信号时，这些神经元的活动和激活也会增加。这表明，大脑和免疫系统在他们关注的位置——腹侧内侧视前区和旁边的血脑屏障——通过旁分泌信号相互交流。旁分泌信号是指细胞产生信号来触发附近细胞的变化。

奥斯特豪特说，这个过程扩大了她对神经元如何工作的理解。

她说:“作为一名神经科学家，我们经常认为神经元会激活其他神经元，而不是这些旁分泌型或分泌型方法真的很关键。”“它改变了我对这个问题的看法。”

Journal Reference:

Jessica A. Osterhout, Vikrant Kapoor, Stephen W. Eichhorn, Eric Vaughn, Jeffrey D. Moore, Ding Liu, Dean Lee, Laura A. DeNardo, Liqun Luo, Xiaowei Zhuang, Catherine Dulac. A preoptic neuronal population controls fever and appetite during sickness. Nature, 2022; DOI: 10.1038/s41586-022-04793-z