小鼠小肠黏膜下神经元类群的转录组特征、连接模式与发育机制研究

本研究针对肠道神经系统(ENS)中黏膜下神经元组成和功能机制不明确的科学问题，通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术系统解析了小鼠小肠黏膜下神经元的分子特征，鉴定出3类关键神经元(smENC1-3)，包括首次发现的黏膜下内在初级传入神经元(smENC1)。研究结合病毒标记和功能实验揭示了这些神经元与肠嗜铬细胞的意外紧密关联，并通过发育轨迹分析提出了与肌间神经丛相似的二元分支分化模型。该研究为理解肠道分泌调节、感觉传导等生理功能提供了分子和细胞基础，对研究炎症性肠病(IBD)等胃肠疾病具有重要启示意义。

　　

肠道作为人体最大的免疫和内分泌器官，其功能调控离不开复杂的肠道神经系统(ENS)。这个被称为"第二大脑"的神经网络，能够不依赖中枢独立调控消化功能。然而，相对于肌间神经丛(Auerbach's plexus)，位于黏膜下层的黏膜下神经丛(Meissner's plexus)的神经元组成和功能机制一直是个"黑箱"。传统观点认为黏膜下神经元主要调控分泌和局部血流，但小鼠模型中是否存在感觉神经元(IPANs)存在争议，且各类神经元的具体分子特征、连接模式和发育起源都不清楚。

来自瑞典卡罗林斯卡学院等机构的研究团队在《Nature Neuroscience》发表了突破性研究成果。他们通过单细胞转录组学结合多学科技术，首次系统阐明了小鼠小肠黏膜下神经元的三类基本组成(smENC1-3)，揭示了其与肠嗜铬细胞的意外连接模式，并解析了与肌间神经丛相似的发育规律。这项研究为理解肠道神经环路提供了全新框架，对研究消化系统疾病具有重要意义。

研究主要采用了以下关键技术：1) 优化的小肠黏膜下单神经元分离和流式分选技术；2) 高通量单细胞RNA测序(scRNA-seq)和生物信息学分析；3) 转基因小鼠(Nmu-Cre、Sst-Cre、Vip-Cre等)与病毒载体(AAV-DIO系统)结合的神经元特异性标记；4) 全神经元三维重构和钙成像功能分析；5) 发育谱系追踪(Nos1-Cre;R26EGFP小鼠)。

研究结果部分：
"三类小肠黏膜下神经元"章节
通过单细胞转录组分析8,341个黏膜下神经元，鉴定出三类主要神经元：表达Nmu的smENC1、表达Sst的smENC2和表达Vip的smENC3。免疫组化证实这三类神经元占黏膜下神经元的96-98%，且在十二指肠、空肠和回肠呈现区域特异性分布。

"两类假定分泌运动神经元和一类IPAN"章节
研究发现smENC1具有与肌间IPANs(myENC6)相似的转录特征，但缺乏神经丝蛋白NF-M表达，这解释了为何既往研究未能识别这类神经元。功能实验显示smENC1能响应黏膜机械刺激，证实其感觉神经元特性。

"smENCs在黏膜下-黏膜区域的连接性"章节
通过病毒标记和突触蛋白(Syp-EGFP)定位，发现三类神经元之间存在广泛的同型和异型连接。特别意外的是，所有三类神经元都与5-HT⁺肠嗜铬细胞形成密切接触，暗示它们都可能响应肠道腔内容物刺激。

"通过神经元表型转换实现身份获得"章节
发育分析揭示黏膜下神经元通过二元分支(分支A/B)分化：NOS1⁺的smENC3来自分支A，而smENC1和smENC2来自分支B。谱系追踪显示NOS1表达是暂时的，成熟smENC3由NOS1⁺前体转化而来。

研究结论与讨论：
该研究建立了黏膜下神经元的分子分类体系，挑战了传统认为只有IPANs能感受肠嗜铬细胞信号的观念。发现所有三类神经元都表达5-HT受体且与肠嗜铬细胞密切接触，提示分泌运动神经元可能具有自主感觉能力。发育研究表明黏膜下和肌间神经元共享基本分化程序，但时间差异导致最终神经元类群较少。这些发现为研究肠神经系统相关疾病(如炎症性肠病、肠易激综合征)提供了新视角，也为干细胞治疗神经嵴细胞相关疾病(如先天性巨结肠)提供了理论基础。