刘琴博士Cell解析:是什么让我们打喷嚏?

【字体: 时间:2021年06月16日 来源:Cell

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  到底是什么引发了打喷嚏?华盛顿大学医学院(Washington University School of Medicine in St. Louis)的研究人员领导的一个团队在小鼠身上发现了控制喷嚏反射的特定细胞和蛋白质。更好地理解是什么导致我们打喷嚏——特别是神经元是如何对过敏原和病毒做出反应的——可能会为减缓传染性呼吸道疾病的传播提供治疗方法。

  

喷嚏反射是一种呼吸道保护性反射,也是过敏性鼻炎等疾病的表现之一。虽然我们几乎每天都会“打喷嚏”,但对它的神经信号通路却知之甚少。

为了找到该特定的神经元群和参与反射的神经递质/神经肽,并探索其背后的神经传导通路,来自华盛顿大学医学院,南方医科大学珠江医院的研究人员在小鼠身上发现了控制喷嚏反射的特定细胞和蛋白质。

“更好地理解是什么导致我们打喷嚏——特别是神经元是如何对过敏原和病毒做出反应的——可能会为减缓呼吸道传染病通过打喷嚏传播的治疗指明方向,”该研究的高级研究员、麻醉学副教授刘琴(Qin Liu)博士说。

研究结果发表在6月15日的《细胞》杂志上。

“我们之所以研究打喷嚏背后的神经机制,是因为很多人,包括我自己的家人,都是因为季节性过敏和病毒感染等问题而打喷嚏,我们的目标是了解神经元是如何应对过敏和病毒感染的,包括它们是如何导致眼睛发痒、打喷嚏和其他症状的。我们最近的研究发现了神经细胞和其他系统之间的联系,这可能有助于开发治疗打喷嚏和对抗呼吸道传染病的方法”,刘博士说。

在最新研究中,研究团队利用辣椒素可诱发喷嚏反射的特点,构建了可自主活动下发生喷嚏反射的小鼠模型。随后,研究团队应用了“two-step reverse”的研究思路,先将鼻粘膜TRPV1+神经纤维投射至三叉神经节中的常见神经肽/神经递质以单细胞RT-PCR的方式挖掘出来,然后检测相关基因敲除小鼠的喷嚏反射行为,筛查出NMB(Neuromedin B)是喷嚏反射传导通路的必要神经肽。

研究团队进一步通过神经元消融(NMB-Saporin)、基因敲除及脑干电生理记录等途径,结果发现:表达NMB的TRPV1+神经元在受到刺激后(辣椒素、组胺及过敏原),可将NMB释放至三叉神经核团的NMBR+二级神经元中。为确定具体的投射靶点,团队进一步利用Nmbr-eGFP基因报告小鼠(Wan et al., 2017)对表达NMBR的神经元进行了追踪。他们发现,NMBR-GFP(+)神经元直接投射至脑干的尾腹侧呼吸核团(Caudal Ventral Respiratory Group, cVRG)。最后,通过离体脑干电生理记录,以及在cVRG内直接注射NMB诱发喷嚏反射的方法,验证了NMBR神经元与cVRG之间的功能联系。

总的来说,研究团队描绘了化学性与过敏性喷嚏反射的神经通路:表达NMB的鼻部感觉神经元→喷嚏诱发区中表达NMB受体的神经元→位于cVRG的神经元。这也是迄今为止发现的化学性与过敏原介导喷嚏反射的首个肽能神经通路,研究剖析了从鼻粘膜感觉神经纤维到脑干呼吸核团的传导通路,该通路的剖析对治疗病理性喷嚏与防治呼吸道传播疾病具有积极意义。

“有趣的是,这些诱发喷嚏的神经元没有一个位于脑干中已知的与呼吸和呼吸有关的区域,”刘博士说,“尽管我们发现唤起喷嚏的细胞与控制呼吸的细胞位于大脑的不同区域,但我们还发现,这两个区域的细胞通过神经细胞的轴突直接相连。”

研究人员还发现,他们可以通过将小鼠大脑的一部分暴露在NMB肽中来刺激打喷嚏反射。此外,即使没有接触到辣椒素、组胺或其他过敏原,这些动物也开始打喷嚏。

由于许多病毒和其他病原体——包括大多数人类鼻病毒和冠状病毒,如中东呼吸综合征冠状病毒(MERS-CoV)和导致COVID-19的冠状病毒SARS-CoV-2——部分是通过雾滴传播的,刘博士说,通过针对NMB或其受体来限制已知感染者的打喷嚏,可能会限制这些病原体的传播。

“一个喷嚏可以产生2万个含有病毒的飞沫,这些飞沫可以在空气中停留长达10分钟,相比之下,一次咳嗽会产生近3000滴飞沫,或者几分钟的交谈会产生大约相同数量的飞沫。为了预防未来的病毒爆发和帮助治疗由过敏原引起的病理性打喷嚏,了解导致打喷嚏的途径以阻止它们是很重要的。通过识别调节喷嚏反射的神经元,以及激活这些神经元的神经肽,我们发现了一些目标,这些目标可能有助于治疗病理性打喷嚏或限制感染传播的策略。”

(生物通)

原文检索:

Li F, et al. Sneezing reflex is mediated by a peptidergic pathway from nasal sensory neurons to brainstem respiratory neurons. Cell, published online June 15, 2021.

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