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Cell:迷走神经的感觉神经元亚型差异的控制呼吸

在分子和遗传学分析时代被忽视的迷走神经,为人们揭示了一个惊人的秘密。科学家们通过小鼠研究发现,迷走神经由多种类型的神经元组成,而且不同神经元亚类控制着不同的呼吸功能。这项研究发表在四月十六日的Cell杂志上。


迷走神经是机体和大脑之间的关键纽带,控制着呼吸、心率、进食行为和机体对疾病的应答。哈佛医学院的副教授Stephen Liberles领导研究团队,对这种神经进行了深度剖析。


他们通过光遗传学实验,揭示了迷走神经中不同神经元亚类的功能。研究显示,用光激活一类神经元,会让小鼠完全停止呼吸,将它们困在呼气状态。激活另一类神经元时,小鼠会出现快速的浅呼吸,这似乎是肺部的一种防御机制。


刺激迷走神经已经在临床上广泛使用,治疗包括癫痫和糖尿病在内的多种疾病。研究人员指出,迷走神经并不是一个均一的结构,切断或刺激整个迷走神经来治疗特定疾病可能并不合适。靶标特定的神经元亚类也许可以避免一些副作用。


揭秘迷走神经


二十世纪早期,迷走神经一度处于生理学研究的前沿。但如今它们几乎被研究者们遗忘,没有人真正在细胞和分子水平上了解迷走神经的作用机制。


小鼠的每个迷走神经包含大约2,500个感觉神经元。文章的第一作者Rui Chang和David Strochlic将解剖学和遗传学方法结合起来,对这些神经元进行了深入研究。


他们分析了G蛋白偶联受体(GPCR)在迷走神经中的表达,GPCR是负责感知和发送信息的重要受体。研究显示,不同GPCR分布在不同的神经元上,“我们推测,迷走神经中不同的神经元群体控制着不同的生理功能,”Strochlic说。


光遗传学研究


研究人员根据神经元上的GPCR对其进行分类。随后他们标记了这些GPCR,并通过基因工程让神经元生产光敏蛋白channelrhodopsin,以便用光控制神经元活性,鉴定它们的功能。


研究人员发现,有两类迷走神经元以不同方式发出密集的神经纤维投射,到达小鼠肺部的不同区域。他们在脑干中也看到了类似的模式。


“这些神经元不仅在分子水平上差异很大(基于GPCR),还有着大相径庭的解剖学神经投射模式,”Strochlic说。


研究显示,激活迷走神经的所有感觉神经元,会对心率和胃内压产生很大的影响。只激活让小鼠停止呼吸的神经元,对心率或者胃内压并没有影响。“这些神经元特异性控制着呼吸,”Chang说。


这项研究告诉我们,迷走神经中的不同神经元承担着不同的功能。这一发现可能有助于治疗哮喘、癫痫、心脏功能障碍和肥胖。“我们希望进一步找到控制进食行为、恶心和心率的神经元,”Liberles说。


原文链接:Vagal Sensory Neuron Subtypes that Differentially Control Breathing


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