為什麼人吃了鹹的薯片後想喝水，為什麼在運動後想喝功能性飲料？大腦是怎樣感知並作出調節的？美國東部時間10月14日，國際頂級學術期刊《自然》（Nature）雜誌在線發表了一項來自美國加州理工學院Yuki Oka教授研究團隊的最新成果，能夠解釋這一人人都經歷過的日常行為背後的細胞與腦環路基礎。值得關注的是，該論文的第二作者王童彤是來自南開大學基礎學科拔尖學生培養計劃——伯苓學院生物伯苓班的本科生。
圖1：調控兩種渴覺狀態的細胞基礎的示意圖。高滲透壓口渴激活Rxfp1+神經元，動物尋求純水以稀釋血液；低血容量口渴激活Pdyn+神經元，動物同時攝入水和鹽（礦物質）溶液以維持內環境穩態。
據介紹，外周感覺系統，例如嗅覺和味覺，可以通過不同的細胞類型檢測多種不同的信號。作為中樞感覺系統的大腦，可以調控至少兩種類型的渴覺，雖然兩種渴覺都會引起液體攝入的行為，但對溶質的偏好卻截然不同，以維持內環境穩態。然而，實現特定行為的神經基礎仍不清楚。
圖2b：不同渴覺狀態下，小鼠對純水（灰色）和NaCl溶液（紅色）的攝入量。
該研究揭示了當體液滲透壓升高時，哺乳動物會尋求純淨水以稀釋血液；當因為出汗等原因流失體液時，哺乳動物又會同時尋求水和鹽（礦物質）溶液以維持內環境穩態。這項工作首次闡明了大腦是如何區分並調節這兩種渴覺狀態的，並通過優化的單細胞轉錄組測序方法首次揭示了具有特定調控功能的神經元類群，進一步成功通過光遺傳學方法復現了液體攝入表型，驗證了神經元類群功能和行為之間的因果關係。研究結果表明中樞感覺系統存在，由不同類型細胞介導不同生理狀態的這一模型。
圖3b和c：SFO（上側）和OVLT（下側）興奮性神經元Rxfp1、Pdyn基因表達量（藍色），與兩種渴覺狀態下Fos基因的表達量（紅色）。b為高滲透性口渴狀態，c為低血容量口渴狀態。基因表達量都經log標準化。
王童彤是南開大學生命科學學院2016級生物伯苓班學生。本科期間，她對神經與腦科學產生了濃厚興趣，並積極加入生科院實驗室開展科研訓練，積累了豐富的神經生物學知識和相關實驗技能。2019年3月，在伯苓學院的資助下，王童彤赴美國加州理工學院從事科研訓練。
在美學習期間，王童彤與本論文第一作者、加州理工學院博士後Allan-Hermann Pool共同完成了所有實驗操作、數據分析、繪圖、文章的投稿與發表。Allan-Hermann Pool主導並完成前期單細胞轉錄組測序技術的優化。加州大學伯克利分校John Ngai教授實驗室，合作構建了文章中重要的Rxfp1-Cre轉基因鼠系。
今年6月，王童彤圓滿完成學業從南開大學畢業，並在多個美國名校全額獎學金博士offer中，選擇了赴美國加州理工學院進行博士學習和深造。
「我非常有幸能夠在生科院伯苓班的資助下赴美從事科研訓練，並在一年內非常幸運地獲得了一些有價值的成果，感謝南開大學和加州理工學院各位老師、同學的指導和幫助。這段經歷不僅充分鍛鍊並提升了我的科研素養，更激勵我在科研道路上繼續努力奮鬥，希望未來能有更多有趣的發現。」王童彤說。
2009年，南開大學首批獲批國家「基礎學科拔尖學生培養試驗計劃」，並設立數學、物理學、化學和生物學4個專業伯苓班，2010年設立伯苓學院。伯苓班旨在招收並培養對相關基礎學科有濃厚興趣的優秀學生，以小班單獨建班，配備一流教師，強化國際化交流，營造一流學術氛圍，注重因材施教，加強個性化培養，以造就基礎好、善創新、綜合素質高的基礎學科學生，使他們成為具有國際競爭力的優秀創新人才。伯苓班學生在學期間，接受到高水平的科研訓練，並參與發表了一批國際頂尖學術期刊論文。2016年起，南開大學將拔尖計劃（伯苓班）延伸至經濟學、歷史學等人文社會科學領域。2020年9月，南開大學數學、物理、化學、生物、經濟、歷史6個拔尖學生培養基地入選教育部首批基礎學科拔尖學生培養計劃2.0基地名單，入選數量並列全國第二。
論文連結：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2821-8
來源：南開大學新聞網