三叉神经的三维图谱及其在啮齿目咀嚼装置比较研究中的意义

《Journal of Anatomy》：A 3D atlas of the trigeminal nerve and its relevance for comparative studies of the masticatory apparatus in rodents

　　

三叉神经（CN V）是关键的颅神经，负责面部的感觉输入和咀嚼肌的运动控制，在四足动物的下颌运动及口腔功能中发挥核心作用。尽管其重要性及与咀嚼肌系统的关联，目前尚未对啮齿目各群体开展三叉神经的全面比较研究。部分原因是传统解剖技术难以可视化神经，部分则源于神经系统复杂的三维组织架构。本研究将基于可扩散碘的对比增强CT成像（diceCT）与传统解剖相结合，以三种代表性啮齿动物——大鼠、红松鼠和豚鼠——为对象，表征三叉神经及其与咀嚼肌的关系。研究人员的发现表明，神经系统的整体架构高度保守，但神经分支和肌肉支配在精细尺度上表现出可塑性。虽然大体神经组织基本保留，但研究人员识别出物种特异性差异，尤其在豚鼠中，这些差异与骨骼和肌肉的改造相关。该研究强调了整合三维成像与解剖以精确捕捉神经形态并讨论肌肉同源性的价值，对比较解剖学、功能形态学及古生物学重建具有重要意义。

三叉神经的三维图谱及其在啮齿目咀嚼装置比较研究中的意义：论文解读

**研究背景、问题及研究动机**

啮齿目是哺乳动物中最多样化的类群之一，但其颅骨构型却表现出惊人的有限形态类型，主要与咬啮时前后向下颌运动增强相关（如protrogomorphy、sciuromorphy、hystricomorphy和myomorphy）。这些形态类型主要区别在于咀嚼肌前部起点，通常与不同的摄食行为和食性特化相关。尽管颅骨和牙齿形态已被广泛研究，咀嚼系统的软组织仍相对缺乏深入探索。肌肉特征在啮齿目系统学中虽长期使用，但现有对颌肌的详细描述仅覆盖现存啮齿目多样性的有限部分。此外，不同研究间使用的术语不一致，阻碍了全目尺度上同源结构的识别。当考虑相关的神经系统时，这些空白更加明显。三叉神经（CN V）是负责面部感觉输入及咀嚼肌运动控制的颅神经，对下颌运动和口腔容积变化起关键作用，但至今尚无跨啮齿目群体的三叉神经综合比较解剖研究。大鼠模型虽被广泛用于三叉神经功能研究（如神经再生和咀嚼肌功能恢复），但除Greene（1935）对大鼠的经典解剖工作外，其他啮齿类的三叉神经支配模式描述极为有限。传统解剖中神经可视化困难，以及神经系统复杂的三维结构，是造成这一现状的重要原因。高分辨率CT扫描方法（如可扩散碘对比增强显微CT，diceCT）已被证明是揭示复杂解剖细节的有力工具，但神经在神经系统中仍相对研究不足。因此，本研究利用diceCT结合传统解剖，探索三个代表性啮齿物种（褐家鼠Rattus norvegicus、红松鼠Sciurus vulgaris和豚鼠Cavia porcellus）中三叉神经的形态变异，重点关注其与咀嚼肌的关联，旨在为整个啮齿目肌肉部分的同源性识别提供线索。该论文发表在《Journal of Anatomy》。

**主要关键技术方法**

本研究使用三种成年啮齿类标本：褐家鼠（n=1）、红松鼠（n=4）和豚鼠（n=2），分别来自蒙彼利埃大学、布尔日加布里埃尔·富歇自然历史博物馆和巴黎自然历史博物馆的收藏。标本最初以10%福尔马林固定，后保存于70%乙醇。关键方法包括：（1）在Leica S9i体视显微镜下进行传统解剖，记录三叉神经和咀嚼肌形态；（2）采用diceCT技术（基于Lugol碘液I₂KI的对比增强显微CT）对最佳保存个体进行染色和扫描：豚鼠染色3周，大鼠和松鼠2周；扫描使用EasyTom 150显微CT（蒙彼利埃演化科学研究所），分别获取软组织（泡状体大小：大鼠0.0176981 μm，豚鼠0.0300039 μm，松鼠0.0239901 μm）和骨骼（相应尺寸）数据；（3）利用Avizo软件进行骨骼与软组织的自动配准及手动/半自动分割（神经因尺寸和灰度差异小而手动分割；肌肉分割采用Biomedisa软件进行增量插值），生成三维表面模型。

**研究结果**

本研究按三叉神经的三大分支（眼神经V1、上颌神经V2、下颌神经V3）逐一描述，首先在大鼠中详细描述，再与松鼠和豚鼠比较。主要结果如下：

**3.1 眼神经（V1）**：在大鼠中，眼神经在蝶眶裂后部与上颌神经分开，穿过融合的蝶眶裂与圆孔，分为泪腺支、额支和鼻睫支；这三者从不接触下颌骨或咀嚼肌。松鼠中构型相似，但圆孔与蝶眶裂虽融合但可区分，额支最粗并通过眶上孔出颅。豚鼠中眼神经支配模式显著不同：泪腺支短直，额支宽而扁，鼻睫支短且再分支；神经位置更靠内侧，与颊肌内侧部分接近但不支配。

**3.2 上颌神经（V2）**：三物种中，上颌神经均经蝶眶裂出颅，穿过眶下沟、眶下管和眶下孔，从不接触下颌骨或咀嚼肌（包括眶下部分颧下颌肌ioZM）。大鼠中ioZM穿过眶下孔，神经位于该孔腹侧切迹内；松鼠中ioZM不穿过眶下孔，神经单独通过；豚鼠中ioZM发达且穿过眶下孔，但与神经之间有一薄骨壁隔开。

**3.3 下颌神经（V3）**：最复杂的分支，通过卵圆孔出颅。在大鼠中，除翼内肌神经（ip）外所有分支均经卵圆孔，ip经蝶翼管窗走行。下颌神经分为前干（含咬肌神经b、颊神经bu、颞内侧神经mt、翼外肌神经ep）和后干（含耳颞神经au、舌神经li、下牙槽神经ia）。松鼠中，咬肌神经和颊神经经副卵圆孔（foramen ovale accessorius）出颅，其余经卵圆孔。豚鼠中，所有分支经显著扩大的卵圆孔。

**3.3.1 前干**：颊神经在大鼠中穿过翼外肌外侧，松鼠中则绕其背内侧，豚鼠中位于冠突尖端内侧与齿列外侧之间。咬肌神经在三物种中均先分出一支（mazyg）支配颧下颌肌，再分出多支支配咬肌浅层（masm）、前深部（maadm）和后深部（mapdm）；大鼠和松鼠中masm分支是区分前、后深咬肌的可靠标志，而豚鼠中masm分支纤细，前、后深部界限模糊，表明该分类群深咬肌前后区室化程度降低。后内侧颞神经（mtp）在大鼠和松鼠中可见，从咬肌神经分出后向上支配颞肌内侧部，在豚鼠中未观察到。翼外肌神经在大鼠中可见，松鼠中未观察到，豚鼠中可见微小分支。

**3.3.2 后干**：三物种后干均分为耳颞神经、下颌舌骨神经（mh）、下牙槽神经（ia）和舌神经（li），走行于翼内、外肌之间。在大鼠中，mh从ia分出后向下支配二腹肌前腹和下颌横肌；松鼠中ia位置更靠后上方，可能与门齿发育有关；豚鼠中mh、ia和li的共干支在靠后位置才分叉，mh再分为多个分支。

**讨论与结论**

讨论部分强调：diceCT虽能有效识别神经、肌肉、骨骼等多组织，但分辨率有限，许多细小神经分支（如翼外肌神经在松鼠中、后内侧颞神经在豚鼠中）无法可视化，薄腱膜也不可见。因此，研究人员主张结合传统解剖与三维成像，避免单独依赖diceCT产生新误解。三叉神经大体解剖在三个物种间高度保守，尤其在主分支的分布模式和与骨骼、肌肉的空间关系上；这种保守性对神经存活和功能至关重要。例如，神经在颅腔内还是外分叉影响了卵圆孔与副卵圆孔的形态差异（大鼠中下颌神经在颅外分叉，松鼠中在颅内分叉）。然而，精细尺度上存在可塑性：豚鼠的神经系统更紧凑，眼神经和咬肌神经扁平且终末分支分化差；这些差异与骨骼和肌肉的修饰相关。相对神经大小（如上颌神经最粗、额支最粗）在物种间一致，但外周分支大小可能随支配结构比例变化。在咀嚼肌分类中，神经早期多分叉模式（如咬肌神经分出masm、maadm、mapdm）比精细终末分支更可靠地鉴别肌部分区；该模式在大鼠和松鼠中可重复，但在豚鼠中因深咬肌前后区室化弱而难以应用。颧下颌肌受来自咬肌神经的独特分支（mazyg）支配，支持将其视为咬肌复合体的一部分；而颞肌的神经支配（mta、mtp）仅支配其内侧部，与分区无关。

**研究结论翻译**：研究人员的发现表明，三叉神经的大体解剖在检查的三种啮齿动物中基本保持不变。然而，尽管啮齿动物神经系统似乎表现出高度的发育管道化，但在更精细的解剖尺度上也显示出显著的可塑性。一些观察到的变异，如看似缺失的神经分支，很可能归因于分辨率的限制而非真正的解剖缺失。因此，研究人员强烈警告不要仅凭三维数据就得出确定结论，而应首先将其与物理解剖结合详细组织学方法进行仔细比较。研究人员还证明，豚鼠的神经模式与松鼠和大鼠显著不同，这些差异与骨骼结构和肌肉的修饰相关。需要进一步的比较研究来评估这些差异中是否有一部分具有系统学意义。