呼吸:感觉神经元亚型控制不同的呼吸功能

在今天的分子和基因分析时代中被忽视的一种神经产生了一个惊人的秘密。科学家在老鼠身上发现，少量神经元以一种微调但强大的方式控制呼吸。在这些感觉神经元中，有两种神经元负责两种特定的呼吸功能。

发现，发表在细胞，建议考虑与迷走神经有关的临床病症的新方法。

由哈佛大学医学院细胞生物学副教授斯蒂芬·利伯利斯领导的研究小组已经有效地分解了迷走神经。迷走神经是连接身体和大脑的关键神经，它很重要，因为它不仅控制呼吸，还控制心率、进食行为和对疾病的反应。

科学家们利用基因工具用光线激活这两种神经元类型，发现刺激一种神经元类型会使老鼠完全停止呼吸，使它们处于呼气状态。激活第二种神经元类型使小鼠快速而浅的呼吸，就好像它们吸入了某种对肺部的刺激，暗示着肺部的防御机制。

本研究表明，因为迷走神经不是一个均匀的结构，切割或刺激它以治疗某些条件可能不是最佳选择。然而，迷走神经刺激仍然广泛使用临床，以治疗一系列条件，从癫痫到肥胖症。在电气或药理学上瞄准特定的子集可以绕过临床副作用。

“认为一种类型的神经元可能是控制恶心的令人兴奋的是，另一个可能是控制饲养行为，另一种心率，另一个呼吸，”就说。“当鼠标停止呼吸时，当大约两百个神经元激活时是一个非常少数神经元的巨大效果。”

解开迷走神经

由于迷走神经的重要性和可获取性，20世纪初迷走神经处于生理学研究的前沿，Liberles说。但在当今时代，它几乎被遗忘了。在细胞和分子水平上，没有人真正知道迷走神经是如何检测不同的生理刺激的，从餐后胃部的伸展到引起恶心的毒素，再到血压的变化。

Libles来自受体世界：他的实验室研究感觉细胞的受体如何以及它们的伴侣配体控制行为与气味和味道有关。他们注意揭开迷走神经，它们施加了相同的学习内部方法感觉神经元他们之前用来研究外部感觉神经元的。

在小鼠中，每个迷走神经含有约2,500个感官神经元，用于支配心脏，肺，胃和肠道的结构的少数，并控制这些不同器官中的不同功能。

为了达到小鼠实验中那个戏剧性的、“令人惊叹”的时刻，细胞生物学博士后研究员芮畅和研究生大卫·斯特罗切利克——《科学》杂志的共同第一作者细胞论文首先必须结合解剖学和遗传学方法。Strochlic从检查迷走神经的感觉受体开始。为了做到这一点，他使用了Liberles在前HMS神经生物学教授Linda Buck实验室做博士后时开发的方法。

在迷走神经中，Strochlic对g蛋白偶联受体(GPCRs)的表达进行了排序，GPCRs因参与感知和发送信息而闻名。他发现了一些先前报道的受体，并在迷走神经感觉神经元的小亚群中发现了其他受体。

不同的神经元上出现了不同的GPCRs，这使得科学家们能够分析特定的细胞类型，这些细胞类型可能指导特定的迷走神经功能。

“我们假设迷走神经的各种生理功能神经是由这2500个神经元中的不同小群控制的，”Strochlic说。“我们发现了含有不同受体的混杂神经元群，并认为它们可能在做不同的事情。”

照亮了

Chang通过标记小鼠体内的GPCRs并改造它们产生通道视紫质，从而在这种感觉系统上获得了遗传学的基础。通道视紫质是一种分子，可以让科学家利用光操纵细胞的功能，并研究由不同的GPCRs分类的神经元。

他们发现两个迷走神经亚群将密集的纤维投射到小鼠的肺部，但方式不同。一种是在气管表面呈扇形排列成烛台状的末端。另一种在离主气道较远的小的末端，在被称为肺泡腔的微小气囊内终止。

科学家们还在脑干中发现了类似的不同模式。

“基于GPCRs，这些神经元不仅在分子上不同，而且在解剖学上也有非常不同的投射模式，”Strochlic说。

当科学家激活所有感官神经元时 - 不仅仅是两个亚型 - 它们对心率和胃部压力产生了强烈影响。但仅激活使小鼠停止呼吸的神经元不会改变心律或胃部压力。

“这是特定于呼吸控制，”张说。

他们的研究结果支持了特定神经元负责特定功能的观点，这可能对哮喘、癫痫、心脏功能障碍和肥胖的治疗产生影响。但首先，还有许多其他问题需要回答。神经元对什么有反应?它们是如何探测这些刺激的?

“呼吸系统只是一个系统，”Lighles说。“我们很乐意发现控制饲养行为，控制恶心，控制的神经元心率。这将让我们忙碌一段时间划定神经元然后弄清楚它们是如何工作的。”

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