撰文 | 胖胖企鵝
喉（larynx）是呼吸的要道，也是神經元分佈的熱點區域。如果異物進入呼吸道，喉部神經元網絡會啟動反射性防禦來保護呼吸道，如咳嗽、嘔吐、吞嚥等。
在喉部複雜的神經元網絡中，迷走神經（vagal nerve）發揮了重要作用。其最主要的功能之一是保護呼吸道，同時還支配消化、循環系統的絕大部分器官。迷走神經損傷會帶來非常嚴重的後果，如吞嚥困難、窒息、語言障礙和吸入性肺炎等。但是，它對生理系統的保護機制還未研究透徹。
迷走神經在上呼吸道分支為喉上神經（superior laryngeal nerve，SLN）和喉返神經（recurrent laryngeal nerve，RLN）（圖1）。已有研究表明，神經元反饋對呼吸道保護非常重要，但並未闡明各個迷走神經元亞型的貢獻與分子機制。
圖1 上呼吸道神經分佈
2020年4月6日，哈佛大學醫學院Stephen D. Liberles團隊在Cell在線發表了題為An Airway Protection Program Revealed by Sweeping Genetic Control of Vagal Afferents 的文章。該研究使用遺傳工具系統性地繪製了迷走神經/舌咽神經元圖譜，發現了迷走神經亞型P2RY1神經參與呼吸道防禦系統來保護呼吸道免受攻擊。精細解剖與定位分析確定了P2RY1神經元在喉部的分佈，並解釋了其與上皮細胞間的交流，進一步完善了人們對神經網絡調控呼吸道防禦機制的理解。
首先，研究人員通過記錄小鼠的反射吞嚥次數來監測呼吸道的反射性防禦。確定了四種呼吸道刺激會引起繼發性反射吞嚥：水、酸、高鹽和外力。小鼠喉部化學感覺可以與味覺神經控制的的味覺反應區分開來。
喉部由迷走神經和舌咽神經密集支配，這些神經在小鼠體內形成一對融合的結狀神經節/頸靜脈神經節/巖神經節（nodose/jugular/petrosal，NJP）超級神經節，每個超級神經節包含約2300個感覺神經元，聚集在頸靜脈孔附近。研究人員利用光遺傳學來識別參與呼吸道防禦的感覺神經元（圖2）。具體原理為，將帶有光敏感蛋白的小鼠（loxP-ChR2）與迷走神經纖維和舌咽神經纖維的特異性小鼠（Vglut2-ires-Cre與Chat-ires-Cre）雜交，獲得的子代在光照刺激下實現對迷走神經元乾和其神經分支時的精細控制。
圖2 光遺傳學方法示例
隨後，研究人員為了進一步識別NJP感覺神經在呼吸道防禦中的作用，利用單細胞RNA測序對迷走神經和舌咽神經的神經元多樣性進行分析（圖3a），結果表明NJP神經元中有37種感受神經元亞型，其感知取決於細胞類型的多樣性（圖3b）。
圖3 迷走神經和舌咽神經的亞型
接下來，該研究再次運用光遺傳學對各個神經元亞型的作用進行探究。作者發現，光刺激下迷走神經亞型P2RY-1神經元尤其頻繁地引起吞嚥和反射性呼吸。在整個NJP神經元中，P2RY-1表達約佔11.6%。小鼠實驗發現，P2RY1神經元引起多種呼吸道防禦措施，包括呼吸暫停、聲帶內收、吞嚥和呼吸反射等。
而去除P2RY-1神經元，則會減少喉部對呼吸道的保護性反應。具體地，在構建的P2RY-1神經元敲除小鼠模型中，小鼠對水或酸刺激所引起的吞嚥響應受損，但對高鹽或外力刺激無明顯差異。這個結果提示，P2RY-1神經元可能是響應上呼吸道特定感知刺激。
基於上述結果發現迷走神經P2RY1神經元是喉部重要的化學感受器，研究人員想進一步探究喉部是否受P2RY-1神經支配，以及是否形成了特定的末端結構。解剖結果發現，迷走神經P2RY1神經元在纖毛上皮中（包括會厭和聲門下）形成密集而複雜的神經結構，並且在聲帶，杓狀軟骨和杓狀會厭皺襞附近的鱗狀上皮中有很多分散且獨立的末端
（圖4左）。更有趣的是，P2RY1神經元小體直接分佈在喉部味蕾上，免疫組織化學觀察可見其分佈（圖4中和右）。喉部的每一個P2RY1小體似乎都可以支配味蕾，定量分析表明大多數味蕾也受P2RY1小體支配。這些結果均表明，迷走神經P2RY1神經元是喉部其他位置的重要二階感知神經元。
圖4 喉部味蕾受P2RY1神經元支配
最後，該研究論證了P2RY1神經元與上皮細胞間的交流。喉部對水和酸的感知是發生在上游崗哨細胞還是直接由神經元感知一直存在爭議。根據研究前面的結果研究人員猜測，可能是由上游崗哨細胞檢測到喉部水和/或酸刺激，再由特定的神經遞質將信息傳遞給P2RY1神經元。於是，該研究通過刺激和阻斷上皮細胞與P2RY1神經元的交流驗證了這一猜測，並且發現崗哨細胞檢測到刺激後，通過ATP與P2RY1神經元交流，最終引起一系列呼吸道防禦反應。
總結來看，該研究使用分子和遺傳學方法來全方面地解密迷走神經與其保護上呼吸道的感覺傳導通路。單細胞RNA測序結果揭示了迷走神經的多樣性。其中，迷走神經P2RY1支配喉部上皮細胞，緊密分佈在喉部味蕾上，會引起一系列的呼吸道保護反應。Cre小鼠，光遺傳學和細胞敲除等手段為迷走神經亞型可作為喉部特定化學刺激的二階感受器提供了證據，加深了人們對呼吸道防禦的生理機制的理解。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.03.004
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