自主神經(jīng)系統(tǒng)負責協(xié)調(diào)心臟和腸道等內(nèi)臟器官的功能，是大腦和身體其他部分之間的聯(lián)系紐帶。它分為兩部分---交感神經(jīng)系統(tǒng)和副交感神經(jīng)系統(tǒng)，通常分別被描述為人體的加速器和制動器。例如，交感神經(jīng)系統(tǒng)在遇到危險時會啟動“要么戰(zhàn)斗，要么逃跑”的反應，將能量集中在即時生存上，停止消化等不那么緊急的功能。

如今，在一項新的研究中，來自加州理工學院的研究人員發(fā)現(xiàn)了交感神經(jīng)系統(tǒng)中的多個神經(jīng)元群體，并揭示了它們?nèi)绾我云鞴偬禺愋缘姆绞娇刂苾?nèi)臟器官功能。相關(guān)研究結(jié)果于2024年11月27日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標題為“Organ-specific sympathetic innervation defines visceral functions”。論文通訊作者為加州理工學院傳統(tǒng)醫(yī)學研究所研究員 Yuki Oka。論文第一作者為Oka實驗室研究生Tongtong Wang。

Oka實驗室的研究重點是了解大腦和身體如何合作以保持健康的內(nèi)部平衡。2022 年，他們發(fā)現(xiàn)了一個身體到大腦的系統(tǒng)，它能傳遞有關(guān)水合水平的信號。但是，長期以來，科學家們一直不知道大腦如何調(diào)節(jié)身體的其他功能，比如“要么戰(zhàn)斗，要么逃跑”反應。

Oka說，“人們對自主神經(jīng)系統(tǒng)的解剖和功能已了解了一個多世紀，但我們對這種系統(tǒng)中神經(jīng)元的細胞和功能多樣性的了解卻少得令人吃驚?！?/p>

中樞神經(jīng)系統(tǒng)由大腦和脊髓中的神經(jīng)元組成，而交感神經(jīng)系統(tǒng)（也稱為外周自主神經(jīng)系統(tǒng)）由遍布全身的神經(jīng)節(jié)中的神經(jīng)元組成，支配著腸道和心臟等區(qū)域。雖然研究大腦神經(jīng)元的先進技術(shù)已經(jīng)開發(fā)出來，但研究交感神經(jīng)系統(tǒng)中的自主神經(jīng)元卻更具挑戰(zhàn)性。

傳統(tǒng)上，交感神經(jīng)系統(tǒng)一直被視為一個廣泛影響器官功能的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)。這項新研究挑戰(zhàn)了這一觀點，并說明了交感神經(jīng)系統(tǒng)的特定部分是如何完成獨特任務(wù)的。

在這項新的研究中，Wang 結(jié)合了單細胞 RNA 測序和空間轉(zhuǎn)錄組分析這兩種分子技術(shù)，研究了小鼠中支配腸道等腹部器官的主要交感神經(jīng)節(jié)細胞的基因表達模式。

有趣的是，Oka及其研究團隊發(fā)現(xiàn)至少有兩個不同的神經(jīng)元群體表達不同的基因。利用轉(zhuǎn)基因小鼠進行的進一步研究發(fā)現(xiàn)，其中一個神經(jīng)元群體靶向胃腸道，而另一個神經(jīng)元群體靶向包括胰腺和膽道在內(nèi)的分泌區(qū)域。

Wang說，“發(fā)現(xiàn)具有器官特異性支配的多個交感神經(jīng)元群體令人振奮，因為它可以精確控制和調(diào)節(jié)身體功能?！?/p>

Oka團隊接下來的目標是了解這些不同類型的神經(jīng)元如何對生理過程產(chǎn)生因果影響。他們首先關(guān)注膽汁的分泌，其中膽汁是肝臟分泌的一種微小液體，釋放到腸道中用于脂肪消化。

WGA逆行示蹤定量。a，如圖所示8個器官部位的左側(cè)和右側(cè)結(jié)節(jié)神經(jīng)節(jié)（NG）中代表性wga標記細胞（紅色）（n = 8只小鼠）。b, c, CG-SMG (b)，左側(cè)和右側(cè)結(jié)節(jié)神經(jīng)節(jié) (c)中wga陽性細胞數(shù)量的定量。d，雙色器官示蹤左圖（上）和右圖（下）中wga標記細胞的代表性圖像和定量（n = 6只小鼠）。

Oka團隊與加州理工學院醫(yī)學工程教授、傳統(tǒng)醫(yī)學研究所研究員Wei Gao及其團隊合作，開發(fā)了一種微流體設(shè)備，能夠在納米水平上檢測體內(nèi)膽汁分泌的細微變化。

通過利用基因干擾工具選擇性地激活每個獨特的神經(jīng)元群體，他們發(fā)現(xiàn)一類交感神經(jīng)元抑制了消化液分泌，同時增加了胰高血糖素的釋放，而胰高血糖素是一種對提高血糖水平至關(guān)重要的激素。值得注意的是，另一類神經(jīng)元能獨立抑制腸道蠕動，即腸道肌肉擠壓食物的運動。Wang解釋說，“這就像在一臺復雜的機器中撥動開關(guān)，觀察每個部件的反應?！?/p>

Oka 補充說，“我們發(fā)現(xiàn)的模塊化安排意味著人體可以在不影響其他器官的情況下對每個器官的活動進行微調(diào)。這是一種我們以前沒有充分認識到的控制水平?！?/p>

這一發(fā)現(xiàn)對于理解和治療各種疾病具有深遠的意義。許多疾病都涉及特定器官的功能障礙，而了解特定神經(jīng)通路提供了新的治療可能性。

雖然交感神經(jīng)系統(tǒng)最著名的作用可能是對捕食者等威脅做出反應，但體內(nèi)低血糖等其他應激也會激活交感神經(jīng)元。還需進行更多的研究，以了解處理、整合和響應各種應激信號的復雜的大腦-身體信號通路。（生物谷Bioon.com）

參考資料：

Tongtong Wang et al. Organ-specific sympathetic innervation defines visceral functions. Nature, 2024, doi:10.1038/s41586-024-08269-0.

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