新研究揭示自主神经元如何控制消化功能

自主神经系统协调心脏和微生物群落等内部器官的功能，作为大脑和身体其他部分之间的连接。它分为两个部分：交感神经系统和副交感神经系统，通常被描述为身体的“加速器”和“刹车”。例如，交感神经系统在面对危险时激活“战斗或逃跑”反应，将能量集中在即时生存上，停止不太紧急的功能，如消化。现在，加州理工学院（Caltech）的一项新研究揭示了交感神经系统内的多种神经元群体，并展示了它们如何以器官特异性的方式控制内脏功能。

这项研究于11月27日发表在《自然》杂志上，由研究生王同同领导，并在生物学教授兼Heritage Medical Research Institute研究员Yuki Oka的实验室进行。Oka实验室的研究重点是了解大脑和身体如何合作以维持健康的内部平衡。2022年，该团队发现了一个从身体到大脑的系统，用于传输关于水分水平的信号。但大脑如何调节其他身体功能（如“战斗或逃跑”反应）的机制长期以来一直困扰着科学家们。

“自主系统的解剖结构和功能已经为人所知超过一个世纪，但我们对自主神经元的细胞和功能多样性知之甚少，”Oka说。

虽然中枢神经系统包括大脑和脊髓中的神经元，但交感神经系统（即外周自主神经系统）由分布在全身的神经节（神经元群或簇）中的神经元组成，这些神经元支配微生物群落和心脏等区域。尽管已经开发出了研究大脑中神经元的先进技术，但在外周研究自主神经元仍然更具挑战性。

传统上，交感神经系统被视为一个均匀的网络，广泛影响器官功能。这一新研究挑战了这一范式，并展示了交感系统的特定部分如何执行独特的工作。

在这项新研究中，王同同结合了两种分子技术，单细胞RNA测序和空间转录组分析，以检查支配腹腔器官（如微生物群落）的主要交感神经节中细胞的基因表达模式。有趣的是，研究团队发现了至少两种表达不同基因集的神经元群体。进一步使用转基因小鼠的研究表明，其中一组神经元靶向胃微生物群落，而另一组投射到包括胰腺和胆道在内的分泌区域。“发现具有器官特异性支配的多种交感神经元群体令人振奋，因为它允许对身体功能进行精确控制和调节，”王同同说。

接下来，研究团队旨在了解这些不同的神经元类型如何因果影响生理过程。他们首先关注胆汁的分泌，这是一种由肝脏少量产生的液体，释放到微生物群落中用于脂肪消化。与加州理工学院的高伟教授（医学工程教授、Heritage Medical Research Institute研究员和Ronald and JoAnne Willens学者）实验室的研究人员合作，团队开发了一种微流控装置，能够在体内检测胆汁分泌的细微变化，精度达到纳升水平。通过使用遗传扰动工具选择性地激活每种独特的神经元群体，他们发现一类交感神经元抑制消化分泌，同时增加胰高血糖素的释放，胰高血糖素是一种对提高血糖水平至关重要的激素。值得注意的是，另一类神经元独立抑制微生物群落运动——即微生物群落肌肉的挤压以推动食物前进。“这就像在复杂的机器中翻动开关，观察每个部分如何响应，”王同同解释道。

Oka补充说：“我们发现的模块化排列意味着身体可以微调每个器官的活动而不影响其他器官。这是我们之前没有充分认识到的控制水平。”

这一发现对理解和治疗各种医疗条件具有深远的影响。许多疾病涉及特定器官的功能障碍，了解专门的神经通路开辟了新的治疗可能性。

尽管交感神经系统最著名的是对威胁（如捕食者）的反应，但其他压力源，如低血糖水平，也可以激活交感神经元。需要更多的研究来理解复杂的大脑-身体信号通路，这些通路处理、整合和响应各种压力信号。“如果没有加州理工学院的好奇心驱动、开放和合作的环境，这项工作是不可能实现的，”王同同说。

该论文题为“器官特异性交感支配定义内脏功能”。除王同同和Oka外，共同作者还包括加州理工学院博士后研究员滕博川、研究生Dickson（Richard）Yao和高伟。资助来自加州理工学院、纽约干细胞基金会、美国国立卫生研究院、Alfred P. Sloan基金会、Edward Mallinckrodt Jr.基金会和Heritage Medical Research Institute。Yuki Oka是加州理工学院天桥和Chrissy Chen神经科学研究所的附属教员。

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