Vasopressin and the Regulation of Thirst

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Abstract

光遺伝学的ツールを用いた最近の実験により、渇きニューロンおよびバソプレシン産生ニューロンの同定と機能解析が可能となった。 2つの大きな進歩により，水に対する味覚とアルギニン-バソプレシン（AVP）放出の詳細な解剖学的解析が可能となった。 (1) 口渇とAVPの放出は、古典的な恒常性維持のための感覚間血漿浸透圧ネガティブフィードバックだけでなく、新しい感覚外予測信号によっても制御される。 喉の渇きとバソプレシン放出の予測シグナルは、血液の組成をモニターしている周産期器官の同じ恒常性ニューロンに収束する。（2）酸味センサーとして以前に示唆された舌の酸感性味覚受容細胞（ポリシスティック腎臓病2様1タンパク質を発現）も水に対する味覚反応を媒介する。 舌は水の味を感じる。 視床下部の前頭前野核（MnPO）は、心肺信号、浸透圧、アンジオテンシンII、口腔咽頭および胃の信号（後者はおそらく予測的信号を表す）を含む複数の渇き発生刺激を統合することができる。 脱水は回避的であり、MnPOニューロン活性はこの回避的状態の強さに比例する＜2238＞＜2155＞© 2018 The Author(s) Published by S. Karger AG, Basel

In a previous Annals of Nutrition and Metabolism , I review recent cellular and optogenetic animal experiments that reacting to osmotic pressure and angiotensin II (AII) subserve the genesis of thirst, volume regulation, and behavioral effects of thirst avoidance.

I am describeding a detailed wiring map for thirst (i.e……), 口渇の予測信号とバソプレシン放出が同じ恒常性維持ニューロンに収束することを含む）、血液の組成を監視する脳室周囲器官、および特定の水受容体味覚細胞の同定を説明している。 視床下部の視索前中央核（MnPO）は、複数の渇きを発生させる刺激を統合する可能性がある。 これらの齧歯類での光遺伝学的実験から得られた新しいデータは、ヒトにおいて高張食塩水注入中に観察される末しょう部（LT）BOLD信号の増加が、水摂取後に血液中の水分吸収よりもかなり前に急速に減少することを示す血液酸素レベル依存性（BOLD）信号を用いて得られた知見を説明している。

感覚間および感覚外による渇きとバソプレシン放出の調節（図1）

感覚間刺激：浸透圧（細胞内脱水で上昇）およびAIIを通して血漿量と灌流圧（ともに細胞外脱水で低下）を知覚すること。

Fig.1.

予期される渇きと嘔吐の中枢制御。 SFO, subfornical organ; MnPO, median preoptic nucleus; PVH, paraventricular nucleus; OVLT, organum vasculosum of the lamina terminalis; SON, supraoptic nucleus; AII, angiotensin II.など。

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（a）SFO（subfornical organ）のオスモレセプター細胞はAII受容体を持ち、SON（supraoptic nucleus）とPVH（paraventricular nucleus）のバソプレシン生成細胞へ投射する。

SFOの恒常性ニューロンはオスモレセプター細胞でAII受容体を介して、血漿量と血管潅流圧を知覚している。 これは、これらのニューロンが前帯状皮質に投射することから、意識的な喉の渇きの知覚を担う古典的な感覚間調節である。 これらの SFO ニューロンは、SON および PVH のバソプレシン産生ニューロンに投射しているため、バソプレシンの放出にも関与しています。 細胞外液の高浸透圧化は、渇きの感覚を刺激して水分摂取を促進し、バソプレシンの放出を促し、腎臓での水分再吸収を促進させる。 一方、細胞外液の低浸透圧化は、基礎的なバソプレシンの分泌を抑制する。

(b) AII受容体タイプ1a陽性の興奮性ニューロンは角層下器官に2種類存在し、1つはAII受容体タイプ1a陽性の興奮性ニューロン、もう1つはAII受容体タイプ1a陽性の興奮性ニューロンである。 NaxはSFO細胞を取り囲むグリア細胞に発現し、水不足と塩不足の状態を区別する役割を担っており、どちらもAIIによって刺激される。

AIIは渇きと食塩欲の両方を駆動する。 松田らは、喉の渇きと食塩欲が、角下器官の2つの異なるAII（受容体タイプ1a陽性興奮性）ニューロン群によって駆動されていることを示した。 LT器官に投射する神経細胞は水分摂取を制御し、末端線条体基底核の腹側に投射する神経細胞は食塩摂取を制御する。 渇き駆動ニューロンは、ナトリウム欠乏条件下で抑制される。 一方、食欲駆動ニューロンは、NaxシグナルによってGABA作動性ニューロンが活性化されることにより、脱水状態下で抑制される 。 このような角下器官における異なるメカニズムが、水や塩の選択的摂取の背景にあり、体液のホメオスタシスに貢献している可能性がある（図2）

Fig. SFO, subfornical organ; MnPO, median preoptic nucleus; PVH, paraventricular nucleus; OVLT, organum vasculosum of the lamina terminalis; SON, supraoptic nucleus; BNSTvl, bed nucleus of the lamina terminalis; SCN, suprachiasmatic nucleus.などである。

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1960年代から1970年代にかけて、これらの感覚間刺激を記述するために用いられた技術は、意識のある動物でLTの渇きニューロンや下垂体後葉に投射するバソプレシンニューロンをリアルタイムで追跡する能力を欠いており、これらのプロセスを調節する感覚外情報を評価することはできなかった。

Recent experiments using optogenetic tools in awake animals are demonstrated that the substantial fraction of normal drinking behavior and vasopressin release is not regulated directly by the changes in the blood.覚醒動物における光遺伝学的手法を用いた最近の実験は、通常の飲水行動とバソプレシン放出のかなりの部分が、血液の変化によって直接制御されていないことを示しています。 その代わり、この行動は恒常性の変化を事前に予測しているように見える。 渇きとバソプレシン放出の予測シグナルは、血液の強度を監視する同じ恒常性維持ニューロンであるsubfornical organニューロン上に収束する。 水分の制限によって活性化された角層下器官興奮性ニューロン（SFONos1；図1）の活動は、水を摂取すると、血漿浸透圧に測定可能な変化が生じるよりもずっと前に、急速にベースラインまで戻る。 この飲水に対する迅速な予測反応は、ヒトの渇き刺激時の血中酸素濃度依存性（すなわち、機能的磁気共鳴画像法BOLD信号）測定によって示唆されている。 喉の渇きを意識的に知覚することで知られる前帯状皮質領域からのBOLD信号は、水を摂取した後、全身に水が吸収されるよりかなり前に急速に減少した . 水を摂取してから血流に完全に吸収されるまでには、約10分の遅れがある。 これらの新しいデータは、摂取した水が血液量や浸透圧を変化させるよりもずっと前に、飲水が数秒以内に喉の渇きを癒すことを説明するものである。 飲水に対する迅速な予測反応には、少なくとも2つの要素がある。すなわち、水分の摂取を追跡する即時信号と、おそらく食道または胃の浸透圧センサーによって生成される、水分の緊張を報告する遅延信号である。 カリフォルニア工科大学パサデナ校の岡らは、舌が水を好むことを証明した。彼らは、マウスの舌に脱イオン水を塗ると、特定の味覚神経が発火することを発見したのである。 これは、唾液が水によって希釈され、pHが変化したためである。 研究チームは、酸味（酸感知）受容体が光に敏感に反応するようにマウスを操作した。 光刺激に応答して、マウスは空のボトルから継続的に飲もうとした。ただし、以前に水を奪われた場合のみであった。 このことから、この舌細胞の活性化が、喉が渇いたときに飲むという行動を引き起こすことが示唆された。 酸を感知する味覚受容体を欠いたマウスは、水と油のような非水性液体を区別する能力を失った。 これは、食事時間、食物、水の利用可能性に関する外部からの合図によって、視床下部活動をフィードフォワード制御するもので、この活動は、将来の恒常性の乱れを防ぐために摂食と水の吸収を調節する。 このような迅速で双方向のフィードバックとフィードフォワードの予測信号はどこにでもあるもので、摂食、水回路、心血管系の制御で報告されている カーペンターの研究を引用してアンデルマンとローウェルがコメントしているように、「脳全体は、次に何が起こるか、ある行動から何が起こりそうかをよりよく予測することによって、視床下部の働きを助ける方法とみなすことができる」

ダーウィン的観点からは、急速かつ体積的に正確な水の摂取（すなわち、水分の摂取）が必要です。 ダーウィンの観点からすると、迅速かつ正確に体積的に水を摂取すること（喉の渇きやナトリウム枯渇時の塩水摂取など）は、生存に大きな利点をもたらすものである。 そのため、動物は水や塩の供給源に行き、不足分を素早く補い、その場を離れることができ、そこで待つことを学習した捕食者にさらされることも少なくなります。

Coordination of Eating, Drinking, and Vasopressin Release

食べることによって水の必要性が高まるのは2つの理由があるからです。 (1) 嚥下（唾液）と消化（循環から消化管に流される水）に使われる水分を補う必要がある、(2) 食物から塩分やその他の浸透圧を吸収することによって起こる血中浸透圧の上昇を打ち消す必要がある。 最近、口渇に関する総説で述べたように、進行中の食物摂取に関する予期シグナルは、複数のメカニズムによってLTに伝達される。 例えば、口腔からの体性感覚信号は、食物の嚥下や唾液への影響について報告する。 さらに、アミリン、コレシストキニン、グレリン、ヒスタミン、インスリン、レプチンなど、摂食と満腹に関連するいくつかのホルモンが、口渇ニューロンおよびバソプレシン放出を調節することが提唱されている。 これらのホルモンの一部は、糖尿病患者において上昇し、バソプレシンの血漿濃度が高いことを説明できるかもしれない。 Mandelblat-Cerfらは、電気生理学的記録（すなわち、水を制限したマウスの遺伝的に同定されたSON下垂体投射型バソプレシン（VPpp）ニューロン）を用いて、水を摂取する前に、水の有無を示す合図を提示すると数秒でニューロン活動が急速に低下することを観察した。 一方、高浸透圧チャレンジであるドライフードの摂取は、血漿浸透圧の上昇に先立ち、VPppニューロン活動の急激な上昇を誘発することが明らかとなった。 この現象は、脱水による食欲不振として知られ、先天性腎原性糖尿病の若い患者において観察されることがある。 これらの新しいデータを総合すると、喉の渇きの飽和の速さ、口腔冷却が喉の渇きを癒すという事実、そして食事、飲水、バソプレシン分泌が広範囲にわたって連携していることが説明できる。 喉の渇きに関するフィードフォワード信号は、恒常的な喉の渇きに関するニューロンと並行して、あるいは離れて働くのではなく、恒常的なニューロンを通じて働く。

図1に示すように、渇きとバソプレシン放出に関する予測的なフィードフォワード信号は、浸透圧と循環AIIのフィードバック信号を検出する同じ恒常性ニューロンに収束している。 この予測信号が、喉の渇きの飽和の速度と、摂食、飲水、バソプレシン放出の広範な調整を説明する（図の改変元： .

マウス脳における渇きと水分の恒常性を支える細胞タイプ特異的神経回路に関する本レビューで述べた新しいデータ（;、Gizowski と Bourque から改変）を図2に示す。 LTは、2つの感覚性周産期器官（SFOとLT血管器官）と統合的構造（MnPO）から構成されている。 血漿の浸透圧，体積，圧力に関する情報は，SFO と OVLT にある特殊な相互受容ニューロン（その一部は本質的に浸透圧と AII に感受性がある）を介して LT に入る． LT の核は、まだ細胞種特異的に完全にマッピングされていない双方向性の投射の広範なネットワークを通して、互いに連絡を取り合っている。 その他の経路 (2)MnPOとOVLTからPVHとSONへの投射はよく知られている。(3)視交叉上核のアルギニン-バソプレシン（AVP）ニューロン（SCNAVP）はOVLTとSONに投射し、それぞれ口渇とAVP分泌の概日制御を媒介している。

舌の菌状細胞にある水味覚受容体が飲水行動を促す。 血漿ナトリウムに関する情報は、11β-ヒドロキシステロイドデヒドロゲナーゼ2型を発現する孤束路核（NTS）の特殊なアルドステロン感受性ニューロン（NTSHSD2ニューロン）を介して回路に入り、食欲を促進し、前小脳凝集核（PreLC）、傍小脳核、BNSTvlに投射している。

Disclosure Statement

D.G.B. は2017 Hydration for Health Scientific Conferenceに参加するためにDanone Nutricia Researchから旅費と登録料を受け取った.

  1. Bichet DG: Vasopressin at central levels and consequences of dehydration.（邦訳：バソプレシンの中枢レベルおよび脱水の結果）. Ann Nutr Metab 2016; 68(suppl 2):19-23.
  2. Zimmerman CA, Leib DE, Knight ZA: Neural circuits underlying thirst and fluid homeostasis(渇きと体液の恒常性の基盤となる神経回路). Nat Rev Neurosci 2017; 18: 459-469.
  3. Zocchi D, Wennemuth G, Oka Y: The cellular mechanism for water detection in the mammalian taste system.哺乳類味覚系における水検出の細胞機構. Nat Neurosci 2017; 20: 927-933.
  4. Allen WE, DeNardo LA, Chen MZ, Liu CD, Loh KM, Fenno LE, Ramakrishnan C, Deisseroth K, Luo L: Thirst-associated preoptic neurons encode an aversive motivational drive.渇き関連前頭葉ニューロンは嫌悪的動機づけを行う。 サイエンス 2017; 357: 1149-1155.
  5. Gizowski C, Bourque CW: Neurons that drive and quench thirst (喉の渇きを鎮める神経細胞). Science 2017; 357: 1092-1093.
  6. Hollis JH, McKinley MJ, D’Souza M, Kampe J, Oldfield BJ: The trajectory of sensory pathways from the lamina terminalis to the insular and cingulate cortex: a neuroanatomical framework for the generation of thirst.ホリスJH、マッキンリーMJ、ディソーザM、カムペJ、オールドフィールドBJ：終糸様体から島皮質、帯状皮質までの感覚経路の跡：渇きの生成に関する神経解剖学的枠組み。 Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 2008; 294:R1390-R1401.
  7. Oka Y, Ye M, Zuker CS: Thirst driving and suppressing signals encoded by distinct neural populations in the brain(脳の異なる神経集団によってコードされる渇きの駆動と抑制のシグナル)。 ネイチャー 2015; 520: 349-352.
  8. 松田崇、檜山TY、新村史、松坂T、深水A、小林K、野田M： Erratum: Distinct neural mechanisms for the control of thirst and salt appetite in the subfornical organ.松田崇、檜山TY、新村史、小林K、野田M、深水A、深水T、野田M： Distinct neural mechanisms for the control of thirst and salt appetite in the subfornical organ. Nat Neurosci 2017; 20: 230-241.
  9. 松田崇、檜山TY、新村史、松坂T、深水A、小林K、野田M：Erratum: Distinct neural mechanisms for control of thirst and salt appetite in the subfornical organ.松田崇、檜山TY、新村史、小林K、野田M：Distant neural mechanisms for the control of thirst and salt appetite in the subfornical organ. Nat Neurosci 2017; 20: 896.
  10. 檜山貴之、野田正樹：角下器官におけるナトリウム感知と体液恒常性.檜山貴之、野田正樹：角下器官におけるナトリウム感知と体液恒常性. Neurosci Res 2016; 113: 1-11.
  11. Watts AG: Great expectations: Magnocellular vasopressin neuronsの先読み制御. Neuron 2017; 93: 1-2.
  12. Deisseroth K, Schnitzer MJ: Engineering approaches to illuminating brain structure and dynamics（脳の構造とダイナミクスを照らし出す工学的アプローチ）. Neuron 2013; 80: 568-577.
  13. Leib DE, Zimmerman CA, Knight ZA: Thirst. Curr Biol 2016; 26:R1260-R1265。
  14. Zimmerman CA, Lin YC, Leib DE, Guo L, Huey EL, Daly GE, Chen Y, Knight ZA: Thirst neurons anticipate the homeostatic consequences of eating and drinking.渇きニューロンは飲食の恒常性維持の結果を予測する。 ネイチャー2016; 537: 680-684.
  15. Mandelblat-Cerf Y, Kim A, Burgess CR, Subramanian S, Tannous BA, Lowell BB, Andermann ML: バソプレシンニューロンによる将来の浸透圧チャレンジの双方向的予期(Bidirectional anticipation of future osmotic challenges by vasopressin neurons. Neuron 2017; 93: 57-65.
  16. Son SJ, Filosa JA, Potapenko ES, Biancardi VC, Zheng H, Patel KP, Tobin VA, Ludwig M, Stern JE: Dendritic peptide release mediates interopulation crosstalk between neurosecretory and preautonomic networks. Neuron 2013; 78: 1036-1049.
  17. Zaelzer C, Hua P, Prager-Khoutorsky M, Ciura S, Voisin DL, Liedtke W, Bourque CW: ΔN-TRPV1.A.S.C.（以下、ΔN-TRPV1.C.と略）。 体温と浸透圧ストレスの分子共同検出器。 セルレップ 2015; 13: 23-30.
  18. Egan G, Silk T, Zamarripa F, Williams J, Federico P, Cunnington R, Carabott L, Blair-West J, Shade R, McKinley M, Farrell M, Lancaster J, Jackson G, Fox P, Denton D: Neural correlates of the emergence of consciousness of thirst of throat. を、”Proc Natl Acad Sci U S A 2003; 100: 15241-15246 “としました。
  19. Bourque CW: オスモセンスと全身のオスモレギュレーションの中枢機構. Nat Rev Neurosci 2008; 9: 519-531.
  20. Williams EK, Chang RB, Strochlic DE, Umans BD, Lowell BB, Liberles SD: Sensory neurons that detect stretch and nutrients in the digestive system（消化器官における伸縮と栄養素を感知する感覚ニューロン）。 セル 2016; 166: 209-221.
  21. Andermann ML, Lowell BB: 食欲制御の配線図的理解に向けて. Neuron 2017; 95: 757-778.
  22. Dampney RA: Central neural control of the cardiovascular system: current perspectives. Adv Physiol Educ 2016; 40: 283-296.
  23. Carpenter RH：ホメオスタシス：統一的なアプローチのための懇願． Adv Physiol Educ 2004; 28: 180-187。
  24. Saker P, Farrell MJ, Adib FR, Egan GF, McKinley MJ, Denton DA: を用いた脳内反応解析により、喉の渇きとその飽和後に水を飲むことに関連する局所的な脳反応を明らかにした。 Proc Natl Acad Sci U S A 2014; 111: 5379-5384.
  25. 影山和彦、山縣慎一郎、秋元健一郎、杉山晃、村澤聡、須田哲也: ラット視床下部4b細胞におけるコルチコトロピン放出因子およびバソプレシン遺伝子発現に対するグルカゴン様ペプチド1およびグルコースレベルの作用. Mol Cell Endocrinol 2012; 362: 221-226.
  26. Bockenhauer D, Bichet DG: Nephrogenic diabetes insipidus（腎性糖尿病）. Curr Opin Pediatr 2017; 29: 199-205.
  27. Yarmolinsky DA, Zuker CS, Ryba NJ: 味覚に関する常識：哺乳類から昆虫まで。 Cell 2009; 139: 234-244。

著者連絡先

Daniel G. Bichet

Professor of Medicine, Pharmacology and Physiology, University of Montreal and Nephrology Service, Research Center, Hôpital du Sacré-Coeur de Montreal

5400, Blvd Gouin Ouest, Montreal, QC, H4J 1C5 (Canada)

E-Mail [email protected]

記事・論文詳細

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The Multiple Roles of Vasopressin

オンライン掲載の概要です。 2018年6月20日
発行日：2018年6月

印刷ページ数です。 5
図の数。 2
Number of Tables: 0

ISSN: 0250-6807 (Print)
eISSN: 1421-9697 (Online)

For additional information.をご参照ください。 https://www.karger.com/ANM

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