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本文聚焦下丘脑 - 神经垂体系统（HNS），研究发现催产素（OXT）神经元激活时，垂体局部血流速度和血管通透性增加，且受 OXT 信号调节。这表明 OXT 可通过调节血流动力学和通透性，促进自身外周摄取，为神经内分泌研究提供了新视角。
### 研究背景
在生命科学领域，大脑如何控制外周功能一直是科学家们探索的重要课题。20 世纪初，Berta 和 Ernest Scharrer 发现下丘脑神经元具有类似内分泌细胞的特性，进而提出 “神经分泌概念”。下丘脑 - 神经垂体系统（HNS）作为重要的神经内分泌系统，在所有脊椎动物中都高度保守。它负责分泌神经激素催产素（OXT）和精氨酸加压素（AVP），这些激素从下丘脑轴突末端释放到神经垂体的有孔毛细血管网络，从而影响外周器官。例如，在哺乳动物中，外周 AVP 通过增加肾脏的水通透性来调节水稳态，OXT 则分别通过引起子宫平滑肌和乳腺导管肌上皮细胞收缩来调节分娩和乳汁排出。在硬骨鱼类中，OXT 和 AVP（也称为异亮催产素和血管紧张素）参与渗透压调节和繁殖成功的调控。
尽管 OXT 和 AVP 在生理上非常重要，但它们调节分泌进入血液的机制尚不清楚。传统观点认为，下丘脑 OXT 和 / 或 AVP 神经元受刺激后，激素从轴突末端释放到神经垂体，再被毛细血管吸收进入体循环并运输到靶组织。然而，这种简化的刺激 - 分泌耦合机制并不完全适用于神经内分泌对外周靶标的作用。而且，HNS 神经末梢与垂体血管之间的连接并不紧密，神经激素需要穿过细胞丰富的垂体实质和内皮基底膜才能进入毛细血管腔，这意味着可能存在额外的驱动力来促进神经激素释放与血管摄取之间的有效耦合。
在大脑中，突触活动会增加局部血流量以满足神经元的代谢需求，这一过程称为神经血管耦合。虽然有研究表明垂体和胰腺的内分泌细胞与血管协调产生激素脉冲，但此前并没有证据表明 OXT 或 AVP 的分泌与血流有关。因此，本研究假设在神经垂体中，局部血流的活动依赖性变化会调节外周神经激素的摄取，并通过对斑马鱼 HNS 的活体成像来验证这一假设。
实验方法
- 斑马鱼模型与活体成像：研究采用斑马鱼作为实验模型，利用其 HNS 神经血管接口的发育、细胞生物学和解剖结构在斑马鱼和哺乳动物之间具有保守性的特点。通过构建特定的转基因斑马鱼品系，如 Tg (l - fabp:DBP - EGFP) 和 Tg (kdrl:EGFP)，分别用于标记血清和内皮细胞，以便可视化和量化血流速度和毛细血管直径。实验在未麻醉的斑马鱼幼虫上进行活体成像，以监测垂体血管动态变化。
- 实验处理
- 渗透压挑战：使用相当于 50% 海水（17.5 ppt）的高渗溶液对斑马鱼幼虫进行处理，以刺激 OXT 和 AVP 神经元，模拟生理挑战，观察其对垂体血流的影响。
- 细胞消融：利用 Tg (oxt:Gal4;UAS:NTR - mCherry) 遗传系统，通过给予药物尼氟哌醇（NFP），诱导表达硝基还原酶（NTR）的 OXT 细胞死亡，研究 OXT 神经元缺失对血管反应的影响。
- 药物处理：使用 OXT 受体拮抗剂 L - 368,899 抑制 OXT 受体信号，以及 Tgf - β 受体抑制剂 SB431542 阻断 Tgf - β 信号，观察对垂体血流和血管通透性的影响。此外，使用 α - bungarotoxin 降低斑马鱼幼虫的心率，进而减慢垂体血流，研究血流速度对血管通透性的影响。
- 光遗传学刺激：将 UAS:CoChR - tdTomato 构建体注射到 OXT 特异性驱动系 Tg (oxt:Gal4) 中，使 OXT 神经元表达 CoChR - tdTomato 蛋白。通过蓝光刺激激活 OXT 神经元，观察其对垂体血流和血管通透性的影响。
- 检测指标与分析方法
- 血流速度监测：通过对标记血清的斑马鱼进行线扫描成像，获取红细胞（RBC）的位移时间记录，计算血流速度。同时，通过快速傅里叶变换（FFT）分析速度波动的频率和幅度。
- 毛细血管直径测量：利用标记内皮细胞的斑马鱼，通过线扫描成像获取毛细血管直径随时间的变化。
- 血管通透性测定：使用荧光恢复后光漂白（FRAP）技术，结合线扫描成像，测量荧光恢复的半时间（T1/2），以评估血管通透性。
- 基因表达分析：通过荧光激活细胞分选（FACS）技术分离斑马鱼垂体的内皮细胞，进行定量逆转录聚合酶链反应（qRT - PCR），检测 OXT 受体基因的表达。
- 免疫荧光与原位杂交：进行全组织免疫荧光和杂交链式反应（HCR）原位杂交，检测 OXT 神经元的激活情况和相关基因的表达。
- 理论分析：根据 Poiseuille 定律，结合斑马鱼垂体血管微电路的几何结构，理论分析血流速度与毛细血管直径之间的关系。
实验结果
- 生理渗透压挑战增加局部神经垂体血流量：高渗挑战显著激活了斑马鱼幼虫的 OXT 神经元，表现为 c - fos 表达增加和 GCaMP6s 活性增强，同时导致神经垂体 OXT 轴突末端的动态囊泡周转。高渗挑战还引起了垂体毛细血管（HyC）血流速度和 RBC 速度变异性的显著增加，且这种增加在低于 2Hz 的频率范围内更为明显。而作为对照的前脑中央动脉（AMCtA），其血流参数在高渗挑战后并未发生变化，表明高渗挑战对血流的影响具有特异性。
- 血流速度与直径的关系由 HNS 血管几何结构决定：按照 Poiseuille 定律，局部毛细血管收缩通常会增加血流阻力，导致血流速度降低。但在本研究中，高渗挑战在增加血流速度的同时，却伴随着 HyC 直径的减小，而 AMCtA 的直径则不受影响。通过对斑马鱼垂体血管微电路结构的分析，研究人员发现，考虑到血管各部分的半径、长度以及入口 - 出口压力差等因素，血流速度与大于 3μm 的毛细血管半径呈反比。这一理论分析结果与实验测量的 HyC 半径（3 - 6μm）相符，表明在渗透压挑战后，为使基础速度增加，可能需要毛细血管半径的小幅度减小和压力差的小幅度增加，或者毛细血管半径的大幅度减小而压力差不变。此外，尽管观察到血管收缩反应，但计算得到的容积流量在渗透压挑战后仍然增加。
- 垂体血流受 OXT 信号调节：利用 Tg (oxt:Gal4;UAS:NTR - mCherry) 遗传系统消融 OXT 神经元后，斑马鱼幼虫在渗透压挑战下，垂体血流速度、振幅、频率谱和速度变异性均未出现显著变化。与未消融的对照组相比，OXT 神经元消融的幼虫在渗透压挑战后，垂体毛细血管出现血管舒张现象，而对照组则表现为血管收缩。这表明 OXT 神经元的存在对于渗透压挑战引起的血管反应至关重要。
进一步研究发现，内皮细胞表达 OXT 受体，使用 OXT 受体拮抗剂 L - 368,899 处理斑马鱼幼虫后，其对渗透压挑战的血流反应受到抑制，毛细血管直径也未发生明显变化。而直接光遗传学刺激 OXT 神经元，可导致垂体血流速度和毛细血管直径发生变化，且这些变化依赖于 OXT 受体信号，因为 L - 368,899 可显著减弱这些效应。这一系列结果表明，垂体局部血管反应与 OXT 神经元激活相关，且由 OXT 受体介导。
4. 垂体血管通透性受 OXT 信号调节：研究人员通过 FRAP 实验发现，高渗挑战后，垂体毛细血管（HyC）的通透性显著增加，表现为荧光恢复半时间（T1/2）缩短，即蛋白扩散速率加快。这种增加并非由窗孔隔膜蛋白 plvapa 和 plvapb 的表达变化引起。通过实验排除了垂体实质中标记血清蛋白对荧光恢复的影响，证实了观察到的荧光恢复主要来源于毛细血管中标记血清蛋白的扩散。
研究还发现，阻断 Tgf - β 信号虽然会减弱基础垂体通透性，但对基础血流速度和渗透压挑战后的血流反应均无影响。使用 α - bungarotoxin 降低血流速度后，对垂体血管通透性也没有影响，这表明垂体血管通透性和血流速度相互独立。而使用 OXT 受体拮抗剂 L - 368,899 处理后，基础通透性降低，且渗透压挑战引起的通透性增强效应也被减弱。光遗传学激活 OXT 神经元则可增强垂体通透性，进一步证明了 OXT 在调节垂体血管通透性中的作用。
研究结论
本研究通过对斑马鱼的实验，揭示了神经肽催产素（OXT）在调节自身从脑到外周摄取过程中的重要作用机制。研究发现，当面临高渗生理挑战时，垂体局部血流速度和血管通透性会显著增加，且这些变化与 OXT 神经元的激活相关，并受 OXT 信号的调节。
具体来说，OXT 神经元激活后，释放的 OXT 作用于内皮细胞上的 OXT 受体，调节血管阻力和通透性。高渗挑战引起的血管收缩和血流速度增加，是由垂体血管微电路的几何结构决定的。同时，OXT 还通过调节血管通透性，促进自身从垂体进入外周循环。基于这些结果，研究人员提出了 “刺激 - 分泌 - 摄取耦合” 的范式：当 HNS 神经元受到刺激时，OXT 释放到垂体实质，形成浓度梯度。OXT 扩散进入毛细血管，而 OXT 诱导的局部容积流量增加，一方面增强了 OXT 向周边的运输，另一方面通过维持浓度梯度促进了 OXT 的扩散，再加上 OXT 引起的血管通透性增加，共同确保了 OXT 在生理需求时能够有效地转移到外周循环中。
尽管本研究取得了重要进展，但仍存在一些局限性。例如，目前尚未完全理解实验中观察到的血管通透性增加的潜在分子机制，且实验系统在准确测量 OXT 从血管外空间进入血流的转移方面存在一定的困难。未来的研究可以进一步深入探索这些问题，以更全面地了解神经内分泌系统的调控机制，为相关疾病的研究和治疗提供更坚实的理论基础。
