撰文 | 胖胖企鹅
喉（larynx）是呼吸的要道，也是神经元分布的热点区域。如果异物进入呼吸道，喉部神经元网络会启动反射性防御来保护呼吸道，如咳嗽、呕吐、吞咽等。
在喉部复杂的神经元网络中，迷走神经（vagal nerve）发挥了重要作用。其最主要的功能之一是保护呼吸道，同时还支配消化、循环系统的绝大部分器官。迷走神经损伤会带来非常严重的后果，如吞咽困难、窒息、语言障碍和吸入性肺炎等。但是，它对生理系统的保护机制还未研究透彻。
迷走神经在上呼吸道分支为喉上神经（superior laryngeal nerve，SLN）和喉返神经（recurrent laryngeal nerve，RLN）（图1）。已有研究表明，神经元反馈对呼吸道保护非常重要，但并未阐明各个迷走神经元亚型的贡献与分子机制。
图1 上呼吸道神经分布
2020年4月6日，哈佛大学医学院Stephen D. Liberles团队在Cell在线发表了题为An Airway Protection Program Revealed by Sweeping Genetic Control of Vagal Afferents 的文章。该研究使用遗传工具系统性地绘制了迷走神经/舌咽神经元图谱，发现了迷走神经亚型P2RY1神经参与呼吸道防御系统来保护呼吸道免受攻击。精细解剖与定位分析确定了P2RY1神经元在喉部的分布，并解释了其与上皮细胞间的交流，进一步完善了人们对神经网络调控呼吸道防御机制的理解。
首先，研究人员通过记录小鼠的反射吞咽次数来监测呼吸道的反射性防御。确定了四种呼吸道刺激会引起继发性反射吞咽：水、酸、高盐和外力。小鼠喉部化学感觉可以与味觉神经控制的的味觉反应区分开来。
喉部由迷走神经和舌咽神经密集支配，这些神经在小鼠体内形成一对融合的结状神经节/颈静脉神经节/岩神经节（nodose/jugular/petrosal，NJP）超级神经节，每个超级神经节包含约2300个感觉神经元，聚集在颈静脉孔附近。研究人员利用光遗传学来识别参与呼吸道防御的感觉神经元（图2）。具体原理为，将带有光敏感蛋白的小鼠（loxP-ChR2）与迷走神经纤维和舌咽神经纤维的特异性小鼠（Vglut2-ires-Cre与Chat-ires-Cre）杂交，获得的子代在光照刺激下实现对迷走神经元干和其神经分支时的精细控制。
图2 光遗传学方法示例
随后，研究人员为了进一步识别NJP感觉神经在呼吸道防御中的作用，利用单细胞RNA测序对迷走神经和舌咽神经的神经元多样性进行分析（图3a），结果表明NJP神经元中有37种感受神经元亚型，其感知取决于细胞类型的多样性（图3b）。
图3 迷走神经和舌咽神经的亚型
接下来，该研究再次运用光遗传学对各个神经元亚型的作用进行探究。作者发现，光刺激下迷走神经亚型P2RY-1神经元尤其频繁地引起吞咽和反射性呼吸。在整个NJP神经元中，P2RY-1表达约占11.6%。小鼠实验发现，P2RY1神经元引起多种呼吸道防御措施，包括呼吸暂停、声带内收、吞咽和呼吸反射等。
而去除P2RY-1神经元，则会减少喉部对呼吸道的保护性反应。具体地，在构建的P2RY-1神经元敲除小鼠模型中，小鼠对水或酸刺激所引起的吞咽响应受损，但对高盐或外力刺激无明显差异。这个结果提示，P2RY-1神经元可能是响应上呼吸道特定感知刺激。
基于上述结果发现迷走神经P2RY1神经元是喉部重要的化学感受器，研究人员想进一步探究喉部是否受P2RY-1神经支配，以及是否形成了特定的末端结构。解剖结果发现，迷走神经P2RY1神经元在纤毛上皮中（包括会厌和声门下）形成密集而复杂的神经结构，并且在声带，杓状软骨和杓状会厌皱襞附近的鳞状上皮中有很多分散且独立的末端
（图4左）。更有趣的是，P2RY1神经元小体直接分布在喉部味蕾上，免疫组织化学观察可见其分布（图4中和右）。喉部的每一个P2RY1小体似乎都可以支配味蕾，定量分析表明大多数味蕾也受P2RY1小体支配。这些结果均表明，迷走神经P2RY1神经元是喉部其他位置的重要二阶感知神经元。
图4 喉部味蕾受P2RY1神经元支配
最后，该研究论证了P2RY1神经元与上皮细胞间的交流。喉部对水和酸的感知是发生在上游岗哨细胞还是直接由神经元感知一直存在争议。根据研究前面的结果研究人员猜测，可能是由上游岗哨细胞检测到喉部水和/或酸刺激，再由特定的神经递质将信息传递给P2RY1神经元。于是，该研究通过刺激和阻断上皮细胞与P2RY1神经元的交流验证了这一猜测，并且发现岗哨细胞检测到刺激后，通过ATP与P2RY1神经元交流，最终引起一系列呼吸道防御反应。
总结来看，该研究使用分子和遗传学方法来全方面地解密迷走神经与其保护上呼吸道的感觉传导通路。单细胞RNA测序结果揭示了迷走神经的多样性。其中，迷走神经P2RY1支配喉部上皮细胞，紧密分布在喉部味蕾上，会引起一系列的呼吸道保护反应。Cre小鼠，光遗传学和细胞敲除等手段为迷走神经亚型可作为喉部特定化学刺激的二阶感受器提供了证据，加深了人们对呼吸道防御的生理机制的理解。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.03.004
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