果蠅腦部調控溫度喜好 可延緩老化

【本刊訊】清華大學腦科學中心江安世院士所領導的研究團隊,利用果蠅變溫動物的特質,研究果蠅在老化過程中,大腦神經系統如何透過調控神經傳導物多巴胺的表現量,使得果蠅對冷的躲避性降低,有助於延緩生物體老化的過程。這項重要的發現於今年7月16日刊登在國際期刊《自然通訊》(Nature Communications)。

江安世表示,過去在許多其他生物體如老鼠、魚和猴子的研究中發現,當生物體的體溫保持在微低溫的環境時,能有效降低生物體內代謝作用時所產生的自由基,進一步減緩老化以及相關的神經退化疾病。然而,在此次的研究當中,他們發現自然界的造物主可能早已在生物體內設計了一套機制,讓老化中的個體反而能因老化而獲益。

江安世的研究團隊發現自然界的果蠅在老化過程中,對冷的躲避性明顯降低。果蠅對溫度的喜好主要由大腦中一對稱為蕈狀體(Mushroom Body, MB)的結構所調控。在年輕的果蠅腦中,有一個稱為MB β'的神經網路透過分泌大量的多巴胺來維持果蠅對低溫的躲避。然而,在果蠅老化過程中,MB β'的多巴胺分泌量減少至一半,使得果蠅對低溫的躲避性顯著降低。取而代之地由另一個稱為MB β的神經網路主導,其在果蠅老化過程中皆維持固定但微量的多巴胺分泌,使個體不致於完全無法躲避會威脅生命的極低溫環境。

總體而言,該兩個獨立的神經網絡透過多巴胺分泌量的多寡,共同調控果蠅在老化過程中對環境低溫的耐受性,讓果蠅在年老時得以保持微低的體溫,但又不致於身處對生存不利的極端溫度環境。

論文第一作者為清華大學生物科技所的博士生石翔文表示,他們是第一個藉著觀察到果蠅老化過程中,對環境溫度喜好的改變,並且進一步找出調控該轉變的大腦機制的研究團隊。

研究團隊表示,所有參與生理反應的酵素活性皆受溫度調控,因此溫度變化是影響所有生理行為的基本因素。過去的研究大多著重在神經傳導前端的機制,如發現偵測各個溫度區間的感覺神經元及其表現的感溫離子通道,然而這些溫度訊號進入大腦後如何計算、整合,讓生物體選擇適合生存的環境溫度,卻從未被探討。該研究除了找到調控果蠅老化過程中,降低果蠅躲避低溫環境的大腦神經網路和分子作用機制,更重要的,是對於該現象存在的意義提出了一個合理的解釋。

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