专家点评Cell Research | 沈伟课题组揭秘热习服神经机制，为热环境适应提供新策略

点评 | 薛天（中科大生命学院）

在生物学领域，体温的稳定性对生物体的生理功能起着举足轻重的作用，即便体温出现细微的波动，也会对机体的整体性能产生显著影响。恒温动物通常具备精密且高效的体温调节机制，以人类为例，成人的标准体温通常稳定在约 37 摄氏度。近年来，随着生命科学研究的深入推进，学界在机体如何借助神经环路精准调节以抵御热刺激方面取得了令人瞩目的突破性进展。

在体温调节机制的前沿探索中，上科大沈伟课题组连续发表了系列重要成果。2016 年，其于PNAS发表的研究成果率先阐明了哺乳动物体温调节所依托的神经环路精细架构，并发现脑源性神经营养因子（BDNF）所标记的神经元在体温调节中的关键作用；随后在 2020 年，该课题组于Science Advances的研究又进一步深挖，精准揭示出脑干臂旁核（Lateral parabrachial nucleus, LPB）至下丘脑视前区（Preoptic area, POO）这一神经环路在热抵抗进程中的核心枢纽作用，随后在2022 年Neuron刊载的前沿发现指出，TRPC4 作为关键介质介导了温度内部感应以及体温下降机制，为体温调控领域再添关键理论拼图（详见BioArt报道：）。

在当下，高温热习服作为一项极具意义的生物适应策略，愈发受到关注。简单来说，生物体反复处于高温环境时，体内会开启一系列精细复杂的生理、生化调节流程，慢慢提升自身耐受热应激的能力。深入研究这一现象，既能为科学界探索全球气候变暖下生物体的适应性变化开拓新思路，又能在人类健康与运动表现方面带来诸多显著益处。

2024年12月26日，上海科技大学生命科学与技术学院沈伟课题组在Cell Research发表了题为”Heat Acclimation in Mice Requires Preoptic BDNF Neurons and Postsynaptic Potentiation”（小鼠依赖于下丘脑视前区BDNF神经元和突触后增强的高温习服机制）的研究论文，揭示了长期热适应（热习服，Heat Acclimation）的神经环路与分子机制，为应对高温环境提供了新的科学依据和潜在干预策略。

尽管高温习服在人类研究中已有广泛应用，但其背后的神经生物学机制尚未完全阐明，尤其是具体的神经环路和分子信号如何调控高温适应过程。该团队通过小鼠实验发现，连续10天处于高温高湿环境（38°C，60%相对湿度）的热暴露训练，不仅提高了小鼠的耐热能力，还显著缓解了热应激引发的焦虑症状。

进一步研究表明，这一适应过程依赖于下丘脑内侧视前区（MPO）中的BDNF神经元。这些神经元通过与背内侧下丘脑（DMH）和颅顶延髓苍白质（rRPa）的交互作用，调控体温调节与焦虑情绪，从而实现热习服的多重效果。

此外，研究进一步揭示了热习服背后的分子机制。热习服增加了MPO中BDNF的表达，并导致MPO温敏神经元的比例上升。

BDNF通过其受体原肌球蛋白相关激酶 B（TrkB）在背内侧下丘脑（DMH）中发挥作用，增强了MPO BDNF与DMH神经元之间的兴奋性突触连接，从而发挥抗焦虑效应。

本研究立足人类热习服策略，通过精巧实验设计，在小鼠身上成功构建出简易、可复制的热习服模型，深度聚焦其背后的神经环路与分子机制。研究发现，热习服效应主要由内侧前视区（MPO）至背内侧下丘脑（DMH）、延髓背侧区（rRPa）通路上的脑源性神经营养因子（BDNF）神经元所介导。热习服显著上调 MPO 区域 BDNF 表达，同步提升神经元的热敏感性；尤为重要的是，MPO 生成的 BDNF 与 DMH 中的 TrkB 受体精准对接，强化兴奋性突触连接，高效缓解热应激引发的焦虑症状，为热习服机制阐释筑牢关键理论根基。

随着极端气候事件的频发，这项研究不仅深化了我们对生物如何适应环境变化的认识，还为人类应对热浪提供了潜在解决方案。一方面，该研究深入揭示了生物应对高温胁迫时的神经环路与分子调控机制，拓展了对生物适应环境变化的认知；另一方面，它为制定高温适应训练提供了神经生物学上的精准靶点，为建筑工人、运动员、军人等高温暴露群体，提供了提升生存与工作效率的有效路径，助力减少热应激损伤。这些机制的探索对于深化我们对高温习服的理解、优化高温习服策略和筛选高温习服人群具有重大的科学价值和实际应用前景。

上海科技大学生命科学学院2022级博士生陈宝婷及2020届博士毕业生高翠翠为该论文的共同第一作者，上海科技大学免疫化学研究所助理研究员杨文、上海科技大学生命科学学院助理研究员孙红彬和上海科技大学沈伟教授为共同通讯作者。

专家点评

薛天（ 中科大生命学院教授 ）

热习服是哺乳动物对反复热暴露的重要适应性反应，对生存能力和高温环境的适应至关重要。上海科技大学沈伟团队近期在国际知名学术期刊《Cell Research》发表的研究论文《Heat acclimation in mice requires preoptic BDNF neurons and postsynaptic potentiation》，为我们揭示热习服的分子和神经机制提供了全新视角。

尽管热习服在运动员或高温作业人群中较为常见，但其背后机制尚不清晰，限制了其实际应用潜力。沈伟团队首先建立了小鼠热习服模型，发现将小鼠连续置于38°C环境10天后，其热耐受性显著提高，焦虑状态缓解，高温下的探索行为增强。随后，研究聚焦于脑源性神经营养因子 （BDNF） 在热习服中的作用，发现热习服显著增加小鼠内侧前区 （MPO） 中BDNF的表达，同时提升了这些神经元的固有热敏感性。这些神经元通过激活下游的背内侧下丘脑 （ DMH） 和苍白结节腹侧部 （rRPa） ，介导热习服的适应效果。此外，BDNF通过其受体TrkB在DMH中的作用，增强了MPO-BDNF神经元与DMH神经元之间的突触连接，促进了热习服的抗焦虑效应。

几乎同期，德国Ambroziak等人在《Nature Neuroscience》发表的研究指出，小鼠下丘脑前区 （POA） 中特定神经元在热习服过程中表现出活性增加。通过增加钠漏电流并增强NaV1.3离子通道的功能，这些神经元获得了自主的温暖敏感性，并进一步招募外周的耐热机制。两项研究相辅相成，共同深化了对高温适应的生理机制理解，且具有广阔的应用前景。

通过调控BDNF/TrkB信号通路及NaV1.3的活性，有望为治疗发热、中暑和恶性高热等热调节障碍提供新思路。对运动员和高温作业人群而言，这些发现为筛选适应人群、优化热防护措施提供了科学依据，有助于保障高温环境下的健康与工作效率。

https://www.nature.com/articles/s41422-024-01064-6?utm_source=rct_congratemailt&utm_medium=email&utm_campaign=oa_20241226&utm_content=10.1038/s41422-024-01064-6

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