小鼠结肠直肠内脏感觉信息通过不同脊髓传入通路传递至脑干特定神经环路的机制研究

这篇研究通过病毒示踪技术(HSV-1 H129-EGFP)和神经元激活标记(pERK)，首次系统揭示了小鼠结肠直肠(CR)区域通过胸腰段(TL)和腰骶段(LS)两条脊髓传入通路（内脏神经和盆神经）向脑干传递感觉信息的神经环路差异。研究发现TL通路主要激活延髓尾侧腹外侧区(cVLM)、头端腹内侧区(RVM)和外侧臂旁核(lPbN)，而LS通路则更多影响RVM、蓝斑(LC)、Barrington核(BR)和中脑导水管周围灰质(PAG)。该研究为理解内脏疼痛和肠道运动功能的神经调控机制提供了新见解。

　　

摘要

研究团队创新性地采用表达绿色荧光蛋白的单纯疱疹病毒1型(H129-EGFP)进行跨神经元示踪，结合磷酸化ERK1/2(pERK)免疫标记技术，系统绘制了小鼠结肠直肠(CR)区域通过不同脊髓传入通路向脑干传递感觉信息的神经环路图谱。该研究揭示了胸腰段(TL)内脏神经和腰骶段(LS)盆神经两条传入通路在脑干信息处理中的分工与协作机制。

材料与方法

实验选用8-16周龄C57BL/6J小鼠，通过结直肠壁显微注射H129-EGFP病毒，分别在24、48、72、96和120小时观察病毒标记在背根神经节(DRG)、脊髓和脑干的分布。同时建立结直肠扩张(CRD)模型，采用80 mmHg压力刺激后检测pERK表达。通过手术切除特定节段DRG（T13-L1或L5-S1）来区分两条传入通路的贡献。

结果

病毒示踪时空特征

病毒标记在48小时首先出现在DRG，72小时到达脊髓背角。TL通路标记集中在背角I层(LI)和中间外侧核(IML)，而LS通路标记更广泛分布于LI-V层和骶副交感核(SPN)。96小时病毒到达延髓，120小时扩展至脑桥和中脑，在孤束核(NTS)、臂旁核(lPbN)等区域形成明显标记。

功能激活图谱

CRD刺激显著增加多个脑区pERK⁺神经元数量：

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  延髓：NTS、cVLM（含TH⁺的A1神经元）和RVM

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  脑桥：BR、LC和lPbN

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  中脑：腹外侧和外侧PAG

性别差异分析显示，雌性小鼠LC激活更强，而雄性小鼠BR激活更显著。

通路特异性分析

TL DRG切除主要减少cVLM、RVM和lPbN的CRD激活，而LS DRG切除则更多影响RVM、LC、BR、lPbN和PAG。值得注意的是，两条通路对lPbN和RVM的贡献程度相似，但LC和PAG的激活主要依赖LS通路。

讨论

该研究首次在单细胞水平阐明了两条脊髓-脑干通路的功能分工：TL通路（内脏神经）更专注于伤害性信息传递，而LS通路（盆神经）则整合了感觉、内感受和自主神经调控功能。特别发现LS通路与疼痛调控系统（LC-RVM-PAG环路）和排便反射中枢（BR）存在密切联系，这为理解肠易激综合征(IBS)等疾病的神经机制提供了新视角。

研究还揭示了值得关注的性别差异现象：雌性小鼠对CRD刺激表现出更强的LC激活，这可能与应激反应的性别二态性有关，也为IBS的女性高发倾向提供了潜在解释。

意义与展望

该研究不仅完善了"肠-脑轴"神经环路的解剖学基础，更为开发靶向特定脊髓传入通路的精准治疗策略提供了理论依据。未来研究可进一步解析不同脑区投射神经元的分子特征，以及它们在病理状态下的可塑性变化，为内脏疼痛和肠道功能障碍的治疗开辟新途径。