缺氧特异性激活苍白缝核星形胶质细胞Fos免疫反应性并参与呼吸调控的机制研究

本研究针对苍白缝核（RPa）在低氧（Hypoxia）和高碳酸血症（Hypercapnia）条件下Fos表达模式存在争议的问题，通过电刺激验证RPa对呼吸功能的调控作用，并采用免疫组化技术结合细胞特异性标记（SOX9标记星形胶质细胞，NeuroTrace标记神经元），发现缺氧特异性激活RPa头端星形胶质细胞Fos免疫反应性，而非血清素能神经元，提示RPa星形胶质细胞在缺氧呼吸应答中发挥主动调节作用，为呼吸中枢调控机制提供了新视角。

　　

呼吸是维持生命的基本生理过程，其调控机制涉及复杂的神经网络。中枢呼吸控制神经元主要位于延髓，其中腹侧呼吸柱（Ventral Respiratory Column, VRC）是产生呼吸节律和模式的关键结构。而位于VRC邻近的尾端中缝核群，特别是苍白缝核（Raphe Pallidus, RPa），作为大脑中主要的血清素能神经元群之一，已被推测参与呼吸调节。然而，关于RPa在低氧（Hypoxia）和高碳酸血症（Hypercapnia）条件下是否被激活，以及何种细胞类型参与其中，长期以来缺乏共识。

先前研究虽已通过电刺激或化学刺激证实RPa对呼吸频率有增强效应，但多未使用细胞特异性标记，无法区分神经元与胶质细胞的激活情况。此外，由于采样间隔不连续，RPa内部Fos表达的空间分布细节尚未明确。而同时暴露于低氧和高碳酸血症的条件更是未被探索。这些知识缺口限制了对RPa在化学感应和呼吸调控中精确作用的理解。

为此，研究人员开展了一项综合性研究，旨在通过电刺激验证RPa对呼吸功能的影响，并利用免疫组化结合细胞特异性标记，系统分析大鼠在缺氧（10% O₂）、高碳酸血症（8% CO₂）及高碳酸低氧（10% O₂和8% CO₂）条件下RPa中Fos表达的分布与细胞类型特征。该研究论文发表在《Histochemistry and Cell Biology》上，为阐明RPa在呼吸应对环境气体变化中的特异性角色提供了新的实验证据。

研究采用的关键技术方法包括：在体电刺激RPa并记录呼吸频率变化；气体暴露系统精确控制O₂和CO₂浓度；免疫组织化学多重染色（使用抗Fos、抗血清素、抗SOX9抗体及NeuroTrace神经元标记）；共聚焦显微镜成像与图像分析；基于大鼠脑图谱的RPa分区与细胞计数；非参数统计检验（Scheirer-Ray-Hare检验及Holm事后检验）。实验动物为8-10周龄雄性Wistar大鼠（n=27），样本来源于日本SLC公司。

研究结果

呼吸变化 induced by electrical stimulation of the RPa

电刺激RPa显著增加了麻醉大鼠的呼吸频率。刺激期间呼吸率升至127.8±13.9次/分钟，较基线（105.3±10.3次/分钟）提高约20%，且刺激结束后呼吸率回落。这一变化模式与缺氧引发的呼吸增强相似，证实RPa是呼吸调控回路中可被激活的关键节点。

Changes in Fos expression in the RPa after exposure to hypoxia, hypercapnia, and hypercapnic hypoxia

免疫组化分析显示，对照组RPa头端区域本底即有Fos免疫反应细胞，并向尾端递减。缺氧组在RPa头端区域Fos免疫反应细胞数量显著增加，而高碳酸血症组及高碳酸低氧组与对照组无显著差异。细胞类型鉴定发现，缺氧条件下增加的Fos免疫反应主要发生于SOX9阳性的星形胶质细胞，而非NeuroTrace标记的神经元或血清素免疫反应阳性神经元。区域分布分析进一步揭示，Fos阳性星形胶质细胞的增加集中于RPa头端（-300μm至+300μm相对于面神经核尾端），而尾部区域无此变化。

讨论

本研究通过结合功能学实验与细胞特异性Fos映射，首次揭示缺氧特异性激活RPa头端星形胶质细胞，而非血清素能神经元。这一发现提示，星形胶质细胞可能通过释放ATP等信号分子，作用于表达嘌呤受体（如P2X1和P2X3）的邻近神经元，间接调节呼吸活动。先前研究表明，RPa头端电刺激可诱发持续呼吸增快，与本研究中Fos阳性星形胶质细胞的分布区域吻合，强化了该区域在强效呼吸效应中的重要性。

高碳酸血症（8% CO₂）未引起RPa中Fos表达变化，可能与CO₂强度不足或RPa星形胶质细胞缺乏CO₂敏感性有关。而高碳酸低氧条件下，缺氧诱导的Fos表达增加被高CO₂抑制，与延髓腹外侧区等区域的既往报道一致，表明CO₂可能拮抗缺氧的激活效应。

结论

本研究结果表明，RPa星形胶质细胞是低氧激活的延髓神经回路组成部分，可能主动参与缺氧呼吸应答。这一发现拓展了对呼吸中枢调控细胞机制的认识，为探索呼吸障碍疾病的病理生理提供了新思路。研究结果强调，在解析脑干功能时，需充分考虑胶质细胞的贡献，而RPa星形胶质细胞或许成为未来干预呼吸异常的新靶点。