O núcleo xifóide do tálamo na linha média controla o frio

Natureza (2023)Cite este artigo

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Manter a temperatura corporal é caro em termos calóricos para animais endotérmicos1. Os mamíferos comem mais no frio para compensar o gasto energético2, mas o mecanismo neural subjacente a este acoplamento não é bem compreendido. Através de análises comportamentais e metabólicas, descobrimos que os ratos alternam dinamicamente entre os estados de conservação de energia e de procura de alimento no frio, sendo que estes últimos são impulsionados principalmente pelo gasto de energia e não pela sensação de frio. Para identificar os mecanismos neurais subjacentes à procura de comida induzida pelo frio, utilizámos o mapeamento c-Fos de todo o cérebro e descobrimos que o xifóide (Xi), um pequeno núcleo na linha média do tálamo, foi activado selectivamente pelo frio prolongado associado ao elevado gasto energético, mas não com exposição aguda ao frio. Imagens de cálcio in vivo mostraram que a atividade do Xi se correlaciona com episódios de procura de alimento sob condições de frio. Usando estratégias virais dependentes de atividade, descobrimos que a estimulação optogenética e quimiogenética de neurônios Xi ativados pelo frio recapitulou seletivamente a busca por alimentos sob condições de frio, enquanto sua inibição a suprimiu. Mecanisticamente, Xi codifica uma mudança de valência dependente do contexto que promove comportamentos de procura de comida em condições frias, mas não quentes. Além disso, esses comportamentos são mediados por uma projeção Xi-para-núcleo accumbens. Nossos resultados estabelecem Xi como uma região chave no controle da alimentação induzida pelo frio, que é um mecanismo importante na manutenção da homeostase energética em animais endotérmicos.

O surgimento da endotermia trouxe inúmeras vantagens adaptativas durante a evolução; no entanto, também veio com um aumento significativo no gasto energético. Para alimentar esta maior procura de energia, os mamíferos adaptam dramaticamente o seu comportamento de alimentação em resposta à mudança de temperatura e existe uma associação estreita e inextricável entre a temperatura ambiente e a ingestão de alimentos: quanto mais frio o ambiente, mais alimentos são necessários para manter a temperatura corporal central1,2 ,3. Sabe-se que os mamíferos, incluindo os humanos, comem mais no frio. Vários festivais em diferentes culturas envolvendo festas suntuosas durante o inverno são um testemunho do nosso passado evolutivo endotérmico4,5,6. No entanto, a base neural que liga as necessidades energéticas decorrentes do frio e o aumento da alimentação permanecem questões sem resposta na nossa compreensão da biologia dos mamíferos.

Os roedores são um excelente modelo para estudar esta associação entre temperatura e consumo de energia7. Por exemplo, ratos de laboratório (Mus musculus) podem duplicar a sua ingestão diária de alimentos quando vivem a 4 °C, com a termogénese a contribuir para cerca de 60% do gasto energético de todo o corpo nestas condições8. Embora tenha sido demonstrado que a sensação de frio influencia agudamente a alimentação através de centros somatossensoriais e de alimentação conservados no cérebro, tanto em ectotérmicos como em endotérmicos9,10,11,12,13, ainda não está claro se - ou como - o gasto de energia induzido pelo frio é compensado pelos alimentos. ingestão. Aqui combinamos análises metabólicas e comportamentais de alta resolução para demonstrar que o aumento da alimentação no frio é consequência do gasto energético; além disso, identificamos o núcleo xifóide talâmico da linha média (Xi) como um centro-chave que medeia o aumento compensatório nos comportamentos de procura de alimentos.

Foi relatado que abrigar camundongos a 4 °C leva a termogênese elevada, gasto energético e ingestão de alimentos8,14. Para obter uma visão mais detalhada do gasto energético, utilizamos a calorimetria indireta para determinar o gasto energético de um camundongo individual em tempo real através da medição das trocas de oxigênio e dióxido de carbono . A calorimetria indireta resolvida temporariamente mostrou que a mudança da temperatura ambiente de 23 para 4 ° C aumentou imediatamente o gasto energético (Fig. 1a, b e Dados Estendidos Fig. 1a-f). No entanto, houve uma diminuição inicial e um atraso substancial entre a queda de temperatura e o aumento da ingestão de alimentos (Fig. 1b), sugerindo que a rápida sensação de frio pode não ser a causa direta da alimentação induzida pelo frio. Após a quantificação da associação temporal entre gasto energético e alimentação, descobrimos que, à medida que a exposição ao frio progredia, a ingestão de alimentos tornou-se mais correlacionada com o gasto energético (começando 5-6 horas após a exposição ao frio e permanecendo elevada a partir de então; Fig.1c). Com base nesta correlação progressiva, definimos este período de 5 a 6 horas pós-exposição ao frio como o início da compensação de energia induzida pelo frio (CIEC) e focamos nesta janela de tempo para o restante do estudo, incluindo gravação de vídeo de ratos neste período para entender melhor esses comportamentos.