《Cells》：Effects of Vagal Nerve Stimulation on Rectal Tone and Distal Colon Transit in Rats Mediated via the Vagal-Sacral Pathway
编辑推荐：
迷走神经（vagus nerve，支配从食管到近端结肠的肠道）和骶神经（sacral nerve，支配远端结肠和直肠）是胃肠道（gastrointestinal, GI）功能的关键副交感调节因子。虽然迷走神经刺激（vagus nerve stimulation
迷走神经（vagus nerve，支配从食管到近端结肠的肠道）和骶神经（sacral nerve，支配远端结肠和直肠）是胃肠道（gastrointestinal, GI）功能的关键副交感调节因子。虽然迷走神经刺激（vagus nerve stimulation, VNS）在上消化道疾病中已显示出治疗潜力，但其在调节远端结肠和直肠功能中的作用仍不明确。本研究探究了VNS对大鼠远端结肠转运和直肠张力的影响及机制。研究人员在成年雄性Sprague Dawley大鼠的颈部或耳廓迷走传入神经植入刺激电极，以不同频率、脉冲宽度和振幅施加VNS。采用barostat装置评估直肠张力，通过弹珠排出实验评估远端结肠转运。分别使用L-NAME和nNOS表达以及乙酰胆碱ELISA和ChAT表达检测氮能（nitrergic）和胆碱能（cholinergic）贡献。通过孤束核（nucleus tractus solitarius, NTS）中c-fos和ChAT的免疫荧光染色研究中枢通路。通过化学遗传抑制迷走神经背侧运动核（dorsal motor nucleus of the vagus, DMV）和Barrington核（Barrington nucleus, BN/PMC）评估骶神经传出通路。VNS（5 Hz，0.1和0.5 ms，0.5 mA）显著增加直肠体积（指示松弛）并加速远端结肠转运。L-NAME消除了VNS诱导的直肠松弛，而直肠中nNOS表达上调，确认了氮能介导作用。远端结肠转运与乙酰胆碱释放增加和ChAT表达升高相关，突出了胆碱能参与。VNS增强了NTS中c-fos和ChAT阳性神经元，提示迷走传入信号的中枢整合。化学遗传抑制DMV和BN减弱了直肠松弛，表明VNS效应通过迷走–NTS–骶神经通路介导。VNS通过协调的氮能信号和胆碱能信号以及中枢迷走-骶神经环路调节远端结肠转运和直肠张力。这些发现揭示了迷走和骶副交感通路之间的功能交叉通话，并为VNS治疗下消化道疾病的潜在疗法提供了机制见解。
迷走神经刺激（vagus nerve stimulation, VNS）对远端结肠和直肠功能的调节作用及其机制是神经胃肠病学领域的重要课题。迷走神经主要支配上消化道（食管至近端结肠），而骶神经支配下消化道（远端结肠、直肠和肛门），两者均为副交感神经系统关键组成部分。尽管VNS在上消化道疾病（如胃轻瘫）中已显示治疗潜力，但迷走神经并不直接支配远端结肠和直肠，因此VNS能否通过中枢通路影响这些区域尚不清楚。既往研究表明迷走与骶神经之间存在功能性交叉通话（functional crosstalk），可能通过脑干孤束核（nucleus tractus solitarius, NTS）等中枢核团实现，但缺乏直接证据。本研究旨在验证假设：VNS可通过迷走–NTS–骶神经通路调节大鼠远端结肠和直肠功能，且该调节由胆碱能（cholinergic）和氮能（nitrergic）信号协调介导。研究人员通过急性刺激实验、分子生物学及化学遗传学手段，系统阐明了这一通路机制。论文发表在《Cells》。
本研究采用的主要关键技术方法包括：在成年雄性Sprague Dawley大鼠（来自Charles River Laboratories）颈部迷走神经或耳廓迷走传入神经植入电极进行迷走神经刺激（VNS）或耳廓迷走神经刺激（auricular VNS, aVNS）；使用计算机化barostat装置在恒压（10 mmHg）下持续记录直肠容积以评估直肠张力变化；通过直肠内弹珠排出时间测量远端结肠转运时间（distal colon transit time, dCTT）；采用L-NAME抑制一氧化氮合酶及Western blot检测神经型一氧化氮合酶（nNOS）表达以评估氮能机制；利用乙酰胆碱ELISA和胆碱乙酰转移酶（ChAT）Western blot及免疫荧光染色评估胆碱能机制；通过免疫荧光染色检测孤束核（NTS）中c-fos（神经元活性标志）和ChAT表达以分析中枢通路；采用化学遗传学（AAV病毒介导的hM4D(Gi) DREADDs）分别抑制Barrington核（BN）或同时抑制BN与迷走神经背侧运动核（DMV），观察对aVNS诱导直肠松弛的影响，以验证迷走–骶神经传出通路。
研究结果分为三个部分：
3.1 VNS诱导直肠松弛及其氮能机制：通过不同参数（5 Hz，脉冲宽度0.1、0.3、0.5 ms，振幅0.5、1、2、3 mA）测试，发现VNS在5 Hz、0.1 ms、0.5 mA及5 Hz、0.5 ms、0.5 mA参数下显著增加直肠容积（指示松弛），且振幅更高时效应不显著。使用一氧化氮合酶抑制剂L-NAME预处理后，VNS诱导的直肠松弛被完全阻断。Western blot显示VNS组直肠组织中nNOS表达显著高于假刺激组，证实VNS诱导直肠松弛由氮能信号介导。
3.2 VNS加速远端结肠转运及其胆碱能机制：VNS（5 Hz、0.1 ms、0.5 mA）显著缩短弹珠排出时间，表明远端结肠运动增强。ELISA检测显示VNS组远端结肠组织中乙酰胆碱（ACh）水平显著升高，而直肠和近端结肠无显著变化。Western blot显示VNS组远端结肠ChAT表达显著上调，近端结肠无变化，提示VNS通过胆碱能信号增强远端结肠转运。
3.3 VNS的中枢及骶神经通路：免疫荧光染色显示，VNS显著增加NTS中c-fos阳性神经元和ChAT阳性神经元数量，表明迷走传入信号被中枢整合。在仅注射AAV病毒抑制BN的大鼠中，aVNS在盐水对照条件下显著增加直肠容积，而化学遗传阻断（CNO处理）后该效应被部分抑制；在同时抑制BN和DMV的大鼠中，aVNS诱导的直肠松弛在化学遗传阻断后完全消失。这表明VNS通过迷走–NTS–骶神经（BN/DMV）通路调节直肠张力，其中骶神经传出通路起主要作用，迷走传出通路起次要作用。
讨论部分总结：本研究通过直肠barostat技术及多种分子、药理和化学遗传学方法，首次直接证明VNS可调节主要由骶神经支配的直肠张力，且该效应依赖于迷走–NTS–骶神经通路。关键发现包括：低频VNS（5 Hz）在低振幅（0.5 mA）下即可有效抑制直肠张力，而更高振幅无显著效果，提示参数优化的重要性；VNS在远端结肠通过胆碱能信号（ACh释放、ChAT表达上调）加速转运，在直肠则通过氮能信号（nNOS激活、NO释放）介导松弛，体现对下消化道不同部位的功能分工；中枢层面，VNS激活NTS中c-fos和ChAT表达，且化学遗传抑制BN和DMV可阻断aVNS效应，证实了迷走传入至NTS再到骶神经传出的通路存在。研究局限性在于仅观察急性效应，长期慢性刺激可能因神经可塑性或代偿机制而改变结果。研究结论部分翻译如下：VNS通过协调氮能信号和胆碱能信号以及中枢迷走-骶神经环路调节远端结肠转运和直肠张力。这些发现揭示了迷走和骶副交感通路之间的功能交叉通话，并为VNS治疗下消化道疾病的潜在疗法提供了机制见解。
