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《自然—神经科学》:李鹏团队利用小鼠模型发现调控咳嗽的神经回路

已有 624 次阅读 2024-7-9 11:13 |系统分类:博客资讯

北京时间2024年7月8日,美国密歇根大学生命科学研究所李鹏团队Nature Neuroscience在线发表一篇题为“A vagal–brainstem interoceptive circuit for cough-like defensive behaviors in mice”的论文,报道利用小鼠模型发现了调控咳嗽的神经回路。

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呼吸作为连接脑和身体的重要生理功能,在正常情况下能够敏感地感知和响应身体的生理信号,以维持体内的动态平衡。然而,在病理状态下,呼吸系统对这些信号的调节可能失调,导致多种严重的健康问题,如过度咳嗽、睡眠呼吸暂停和婴儿猝死综合症。尽管这些呼吸障碍对健康的影响深远,但目前有效的治疗方法却相当有限。

咳嗽是呼吸功能的一部分,是一种基本的呼吸防御机制。当咳嗽发生时,空气迅速而有力地从肺部排出,有效清除喉咙或气道中的粘液或异物。在正常情况下,咳嗽是一种强力且有效的生理反应。然而,在病理条件下,控制这些防御行为的神经机制可能会过度敏感,导致无效的干咳,严重影响生活质量。尽管咳嗽是患者常寻求医疗帮助的重要原因之一,但当前治疗过度咳嗽的药物不仅效果有限,而且可能导致药物滥用,这主要是由于对咳嗽行为的神经和分子机制了解不足。

孤束核(NTS)作为脑内的一个关键的信息传递中心,接收迷走神经感觉神经元传递的内脏器官感受信息,并将这些信息传递到大脑的其他区域,以控制各种生理反应。李鹏团队利用单细胞RNA测序和光遗传学技术对孤束核神经元进行了分子和功能的异质性研究。研究人员发现了19个分子上不同的孤束核神经元亚型,激活这些不同亚型的神经元可以诱导小鼠产生不同的呼吸模式。特别是,表达神经肽Tachykinin1(Tac1)的神经元在小鼠呼吸防御行为中起到关键作用。为了验证小鼠的呼吸防御行为是否与其他物种相同,李鹏课题组通过详细的生理指标分析和机器学习技术,发现小鼠对多种咳嗽刺激剂的行为反应与其他物种中观察到的咳嗽行为非常相似。

进一步的实验表明,当小鼠接触到咳嗽刺激剂时,孤束核中的Tac1神经元会被优先激活。这些神经元的光遗传学激活可以引发咳嗽行为,而抑制或敲除这些神经元则能够阻断由各种咳嗽刺激剂引起的咳嗽行为。这些神经元接收来自迷走神经的直接输入,并投射到其他调控呼吸的脑干区域,进而引发小鼠的咳嗽样防御行为。此外,这些孤束核神经元投射到不同的脑干区域,可以分别控制声门的关闭和呼吸肌的收缩。

总之,李鹏团队的最新研究发现,孤束核中包含不同类型的神经元,这些神经元在控制多种呼吸模式中具有不同功能。特别是,表达Tac1基因的一群孤束核神经元及其连接气管与脑干的神经回路在控制小鼠的咳嗽行为中起到了至关重要的作用。

这项研究不仅深化了我们对呼吸调节神经机制的理解,还为开发新型治疗方法提供了理论基础。未来的研究将进一步探索这些神经回路在病理条件下的变化,并希望能够开发出更有效的药物和治疗策略,以减少呼吸障碍,特别是过度咳嗽,对患者生活质量的负面影响。

相关论文信息:

https://doi.org/10.1038/s41593-024-01712-5

编辑 |余 荷

排版| 王大雪

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