Люди и многие другие млекопитающие поддерживают температуру своего тела на уровне около 37°C (98.6°F), что идеально подходит для всех регуляторных процессов. Функции нарушаются, когда температура тела заметно отклоняется от нормального диапазона, что может привести к тепловому удару, переохлаждению или, в худшем случае, к смерти. Однако если можно искусственно привести температуру тела в нормальный диапазон, эти проблемы можно будет решить.
В преоптической области гипоталамуса, регулирующей основные процессы организма, расположен центр контроля температуры мозга. Например, преоптическая область посылает организму сигнал повысить температуру для борьбы с вирусами, микробами и другими болезнетворными организмами, когда она получает сигналы от медиатора простагландина Е (PGE2), который создается в ответ на инфекции.
Однако до сих пор неясно, какие нейроны в преоптической области выдают команду на повышение или понижение температуры тела.
Исследовательская группа в Нагойский университет в Японии идентифицировали критические нейроны, которые поддерживают температуру тела на уровне 37°C у млекопитающих. В своем исследовании они сообщили, что группа нейронов, называемых нейронами EP3, в преоптической области мозга играет ключевую роль в регулировании температуры тела млекопитающих.
При исследовании крыс ученые в основном сосредоточились на нейронах EP3 в преоптической области, которые экспрессируют рецепторы EP3 PGE2, и исследовали функцию регуляции температуры тела.
Ученые впервые изучили, как изменения температуры окружающей среды влияют на активацию нейронов EP3 в преоптической области. Крысам нравится температура около 28 °C в их среде обитания. Мышей помещали в холодные (4°С), комнатные (24°С) и горячие (36°С) условия в течение двух часов. Результаты показали, что воздействие температур 4°C и 24°C не активировало нейроны EP3, а воздействие 36°C — активировало.
Чтобы определить, куда передаются сигналы от нейронов EP3, ученые затем изучили нервные волокна нейронов EP3 в преоптической области. Исследование показало, что нервные волокна разбросаны по всему телу. мозг, особенно в дорсомедиальном гипоталамусе (ДМГ), ответственном за активацию симпатической нервной системы. Согласно их исследованию, гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), мощный ингибитор нейронального возбуждения, представляет собой молекулу, которую нейроны EP3 используют для передачи сигнала на DMH.
Ученые экспериментально изменили активность нейронов EP3, используя хемогенетический метод, чтобы лучше понять функцию этих нейронов в регуляции температуры. Они обнаружили, что повышение температуры тела происходит в результате подавления активности нейронов, а понижение — в результате их активации.
В совокупности результаты этого исследования показали, что нейроны EP3 в преоптической области необходимы для контроля температуры тела, поскольку они высвобождают ГАМК для передачи тормозных сигналов нейронам DMH, которые регулируют симпатические реакции.
Профессор Казухиро Накамура из Университета Нагои сказал: «Вероятно, нейроны EP3 в преоптической области могут точно регулировать силу сигнала для точной настройки температуры тела».
«Например, в жаркой среде сигналы усиливаются, чтобы подавить симпатическую активность, что приводит к увеличению кровотока в коже, что способствует излучению тепла тела и предотвращению теплового удара. Однако в холодной среде сигналы уменьшаются, чтобы активировать симпатические импульсы, которые способствуют выработке тепла в бурой жировой ткани и других органах для предотвращения переохлаждения. Более того, во время заражения PGE2 действует на нейроны EP3, подавляя их активность, активируя симпатические импульсы, вызывая лихорадку».
Результаты этого исследования могут привести к созданию технологии, которая искусственно изменяет температуру тела и имеет потенциальное применение во многих медицинских специальностях. Интересно, что эта технология может помочь в лечении ожирения, поддерживая слегка повышенную температуру тела, которая способствует сжиганию жира.
Профессор Накамура — сказал, «Кроме того, эта технология может привести к новым стратегиям выживания людей в более жарких глобальных условиях, которые становятся серьезной мировой проблемой».
Справочник журнала:
- Ёсико Накамура, Такаки Яхиро и др. Преоптические нейроны, экспрессирующие рецептор простагландина EP3, двунаправленно контролируют температуру тела посредством тонической ГАМКергической передачи сигналов. Наука развивается, DOI: 10.1126/sciadv.add5463
