Människor och många andra däggdjur håller sin kroppstemperatur på cirka 37°C (98.6°F), vilket är idealiskt för alla regulatoriska processer. Funktionerna äventyras när deras kroppstemperatur märkbart avviker från normalområdet, vilket kan resultera i värmeslag, hypotermi eller i värsta fall dödsfall. Men om kroppstemperaturen artificiellt kan bringas in i det normala intervallet, kan dessa problem åtgärdas.
Det preoptiska området av hypotalamus, som reglerar kroppens väsentliga processer, är där hjärnans temperaturkontrollcenter finns. Till exempel skickar det preoptiska området en signal till kroppen att höja temperaturen för att bekämpa virus, bakterier och andra sjukdomsframkallande organismer när den tar emot signaler från mediatorn prostaglandin E (PGE2), som skapas som svar på infektioner.
Det är dock fortfarande oklart vilka neuroner i det preoptiska området som släpper kommandot för att öka eller minska kroppstemperaturen.
En forskargrupp vid Nagoya University i Japan har identifierat kritiska neuroner som håller kroppstemperaturen vid 37°C hos däggdjur. I sin studie rapporterade de att en grupp neuroner, kallade EP3-neuroner, i hjärnans preoptiska område spelar en nyckelroll för att reglera däggdjurskroppstemperatur.
I studien av råttor fokuserade forskare främst på EP3-neuroner i det preoptiska området, som uttrycker EP3-receptorer för PGE2, och undersökte funktionen för att reglera kroppstemperaturen.
Forskare undersökte först hur variationer i omgivningstemperatur påverkar avfyrningen av EP3-neuroner i den preoptiska regionen. Råttor gillar en temperatur på cirka 28 °C för sin livsmiljö. Mössen utsattes för kalla (4°C), rums- (24°C) och varma (36°C) förhållanden under två timmar. Fynden visade att exponering för 4°C och 24°C inte aktiverade EP3-neuroner, men exponering för 36°C gjorde det.
För att bestämma var signalerna från EP3-neuroner överförs, tittade forskarna sedan på nervfibrerna hos EP3-neuroner i den preoptiska regionen. Studien fann att nervfibrer är utspridda i hela hjärna, speciellt i dorsomedial hypotalamus (DMH), ansvarig för aktivering av det sympatiska nervsystemet. Gamma-aminosmörsyra (GABA), en potent hämmare av neuronal excitation, är den molekyl som EP3-neuroner använder för signalöverföringen till DMH, enligt deras undersökning.
Forskare förändrade experimentellt EP3-neuronernas aktivitet med hjälp av en kemogenetisk metod för att bättre förstå dessa neuroners funktion i temperaturreglering. De upptäckte att en höjning av kroppstemperaturen berodde på att nervcellernas aktivitet undertrycktes medan en sänkning av den berodde på att de aktiverades.
Tillsammans visade resultaten av denna studie att EP3-neuroner i det preoptiska området är avgörande för att kontrollera kroppstemperaturen eftersom de frigör GABA för att kommunicera hämmande signaler till DMH-neuroner, som reglerar sympatiska svar.
Professor Kazuhiro Nakamura vid Nagoya University sa, "Förmodligen kan EP3-neuroner i det preoptiska området exakt reglera signalstyrkan för att finjustera kroppstemperaturen."
"Till exempel, i en het miljö förstärks signalerna för att undertrycka sympatiska utsignaler, vilket resulterar i ökade blodflöden i huden för att underlätta strålningen av kroppens värme för att förhindra värmeslag. Men i en kall miljö reduceras signalerna för att aktivera sympatiska utsignaler, vilket främjar värmeproduktion i brun fettvävnad och andra organ för att förhindra hypotermi. Vidare, vid tidpunkten för infektion, verkar PGE2 på EP3-neuroner för att undertrycka deras aktivitet, aktivera sympatiska utsignaler för att utveckla feber."
Resultaten av denna studie kan leda till skapandet av en teknik som artificiellt modifierar kroppstemperaturen och har potentiella tillämpningar inom många medicinska specialiteter. Intressant nog kan denna teknik hjälpa till att behandla fetma genom att upprätthålla en något förhöjd kroppstemperatur som uppmuntrar fettförbränning.
Prof. Nakamura sade, "Utöver detta kan den här tekniken leda till nya strategier för att överleva människor i hetare globala miljöer, som håller på att bli ett allvarligt globalt problem."
Tidskriftsreferens:
- Yoshiko Nakamura, Takaki Yahiro et al. Prostaglandin EP3-receptoruttryckande preoptiska neuroner dubbelriktat styr kroppstemperaturen via tonisk GABAergisk signalering. Vetenskap Förskott. DOI: 10.1126/sciadv.add5463
