斑马鱼心内神经系统(IcNS)的分子特征与节律调控功能解析

推荐语： 本研究通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)、神经化学和电生理技术，揭示了成年斑马鱼心内神经系统(IcNS)的神经元亚型分布与功能异质性，发现窦房丛(SAP)神经元具有起搏样特性，首次证实IcNS通过协调突触释放调控心脏收缩功能，为心血管自主神经调控机制提供了新见解。

　　

心血管系统的精确调控是生命维持的核心机制，其中心脏自主神经网络的时空协调尤为关键。传统观点认为心脏节律主要由窦房结主导，但近年研究发现心内神经系统(IcNS)作为"微型大脑"嵌入心脏壁，可能参与复杂调控。然而，由于哺乳动物心脏结构的复杂性，科学家对IcNS神经元亚型的分子特征及其在心脏动力学中的具体作用仍知之甚少。

针对这一科学盲区，来自葡萄牙的研究团队选择成年斑马鱼为模型，利用其心脏透明、神经分布表浅的特性，开展了系统性研究。通过整合多组学与功能实验，首次绘制了脊椎动物IcNS的分子-功能图谱，相关成果发表于《Nature Communications》。

研究采用三大关键技术：1) 全心脏免疫标记结合HuC/D⁺神经元定位；2) 单细胞转录组测序解析22个细胞簇；3) 离体心脏电生理记录四类放电模式（单峰型、适应型、重复型和爆发型）。样本来源于成年斑马鱼心脏组织。

【神经元分布与分子特征】
通过免疫组化发现HuC/D⁺神经元主要富集于窦房丛(SAP)，呈现显著尺寸异质性。scRNA-seq鉴定出表达ChAT（胆碱乙酰转移酶）的胆碱能神经元和TH⁺（酪氨酸羟化酶阳性）儿茶酚胺能神经元，后者在动脉球区域密度最高，提示神经递质分布具有腔室特异性。

【电生理功能分型】
电生理记录将SAP神经元分为四类：爆发型神经元表现自发性起搏电位（周期1.5-2.5秒），其放电频率与心房肌细胞搏动同步；而突触释放紊乱会导致心脏收缩力下降，证实IcNS具有直接调控收缩节律的能力。

【神经-心肌偶联机制】
钙成像显示爆发型神经元的Ca²⁺振荡与心跳周期耦合，药理学阻断nAChR（烟碱型乙酰胆碱受体）可消除这种关联，揭示胆碱能信号在神经-心肌对话中的核心作用。

该研究突破性地证实：1) IcNS存在功能特化的起搏样神经元亚群；2) SAP网络通过递质释放协调心脏收缩动力学；3) 神经-心肌偶联依赖胆碱能信号通路。这些发现重塑了对心脏自主调控的认知，为心律失常等疾病的神经源性机制研究提供了新靶点。Pedroni等的工作不仅建立斑马鱼为研究IcNS的理想模型，其揭示的分子分型框架更为解析人类心脏神经病变奠定了理论基础。