迷走神经亚环路差异性调节脓毒症诱导的病态行为与焦虑相关行为

《Cell Reports》：Vagal subcircuits differentially regulate sepsis-induced sickness and anxiety-related behaviors

　　

大脑通过迷走神经感觉神经元监测外周免疫活动，这些神经元的胞体位于结状神经节并投射至脑干背侧迷走神经复合体（DVC）。这种中继激活了介导感染相关行为变化的神经环路，例如病态行为。在脓毒症等严重炎症中，这种信号传导可能导致脑功能障碍，包括持续性焦虑。利用啮齿动物盲肠结扎穿刺（CLP）脓毒症模型，研究人员通过整合手术和化学遗传学的功能获得与功能缺失方法，探究了迷走神经亚环路如何促成这些影响。激活背侧迷走神经复合体（DVC）神经元加剧了病态行为并促进了持久的焦虑相关行为，而激活上游结状神经元则没有此作用。结状神经节或脑干的瞬时抑制没有产生影响。然而，膈下迷走神经切断术减少了急性脑激活，并部分减轻了脓毒症幸存者的焦虑症状。这些结果突出了迷走神经-免疫-大脑之间复杂的相互作用，并强调了机制见解对于指导靶向疗法发展的重要性。

免疫系统与神经系统在健康和疾病中广泛相互作用。大脑通过免疫感知持续监测免疫状态。外周炎症通过体液和神经通路被大脑感知，其中迷走神经是外周炎症信息传递至大脑的主要中继。迷走神经感觉神经元的胞体位于结状神经节，投射至脑干背侧迷走神经复合体（DVC，包含孤束核（NTS）和极后区（AP））。该中继激活介导感染相关行为变化的神经环路，导致病态行为。脓毒症是一种危及生命的综合征，不仅影响感染期间的神经元反应，还可能导致脑环路的持久改变，引起幸存者出现长期心理认知障碍，如焦虑和创伤后应激障碍（PTSD）。目前，迷走神经刺激（VNS）已用于临床治疗脑疾病和缓解炎症，但其同时激活运动和感觉纤维，导致特定感觉通路的具体贡献尚不明确。此外，VNS在脓毒症期间可能产生相反效果，既可能激活胆碱能抗炎通路，又可能过度刺激下游神经环路加剧脑功能障碍。因此，研究人员开展了这项研究以阐明特定迷走神经亚环路在脓毒症诱导的神经和行为反应中的贡献，这为指导靶向疗法发展提供了重要机制见解。该研究发表在《Cell Reports》。

研究人员使用了盲肠结扎穿刺（CLP）小鼠模型模拟人类脓毒症。采用了三种关键技术操纵迷走神经亚环路活动：膈下迷走神经切断术（不可逆切断腹部迷走神经分支）；在DVC注射表达设计受体仅被设计药物激活（DREADD）的腺相关病毒（AAV），通过CNO实现DVC神经元的化学遗传学瞬时抑制或激活；利用Nav1.8-Cre转基因小鼠在DVC逆向注射Cre依赖的AAV，特异性操纵结状神经元（迷走感觉神经元）。结合免疫组织化学量化Fos表达，使用多重分析检测血清细胞因子，以及双光子光纤光度法进行体内钙成像记录。

Multiscale models to manipulate the activity of vagal system subcircuits during sepsis
通过建立CLP模型，发现CLP诱导后6小时NTS中Fos表达显著增加。三种不同尺度的操纵模型被证实有效，Gi模型降低而Gq模型升高Fos表达。光纤钙成像证实结状神经元激活能在NTS引起快速持久的钙信号增加。

Distinct manipulations of the vagal pathway differentially influence brain activation during sepsis
Vagotomy是唯一能减少CLP诱导的AP和扩展杏仁核（CeA和BNST）Fos表达的缺失功能方法。DVC或结状神经元的瞬时抑制对神经植物和神经内分泌区域激活无显著影响，但GiDVC显著降低了CeA的Fos表达。DVC或结状神经元的激活增加了AP的Fos表达，且仅GqDVC调节影响了扩展杏仁核和CeAPKCδ⁺神经元的Fos表达。

Transient DVC activation exacerbates CLP-induced sickness behavior
建立脓毒症评分系统监测病态行为。仅GqDVC的瞬时激活显著加剧了病态行为严重程度，并增加了促炎细胞因子IL-6的全身释放。Vagotomy和其他化学遗传学操纵未改变存活率和IL-6水平。IL-6全身浓度与NTS、CeA和BNST中的Fos表达显著相关。

Modulating the vagal pathway during CLP influences long-term anxiety-like behavior
通过旷场试验、明暗箱试验和条件恐惧试验评估长期焦虑行为。Vagotomy减轻了CLP诱导的旷场回避行为。CLP急性期DVC激活加剧了长期的焦虑相关行为，表现为旷场中心距离增加、明暗箱暗区停留时间延长及情境恐惧冻结时间增加。结状神经元的化学遗传学操纵对长期行为无影响。

研究揭示了Vagotomy和DVC化学遗传学激活对脑激活和长期行为的不同影响。Vagotomy除沉默感觉活动外，不可逆地破坏运动胆碱能通路并可能诱导长期适应。CLP模型引发强烈炎症，可能导致GqNodose模型存在“天花板效应”，难以检测到Fos表达的进一步增加。此外，CLP期间的脑激活不仅源于神经通路，还源于体液通路，如细胞因子通过AP的窗孔毛细血管进入大脑。广泛操纵迷走感觉环路可能同时激活促炎（如Calca⁺神经元）和抗炎（如Trpa1⁺神经元）通路，从而相互抵消。脑活动与炎症标志物之间的相关性可能反映了中枢对炎症的反应以及外周免疫的相互反应。其他外周感觉通路（如电针激活背根神经节）也值得考虑。研究强调了在体内记录结合特定迷走神经亚群选择性操纵对于评估VNS治疗潜力至关重要。研究结论如下：1. 研究人员建立了功能和缺失功能方法，以选择性地调节CLP期间特定迷走神经亚环路及DVC下游结构的神经元活动。2. 迷走神经切断术是唯一能减轻CLP诱导的AP和扩展杏仁核急性激活，以及随后的旷场试验中回避行为症状的缺失功能方法。3. 只有DREADD介导的DVC神经元瞬时激活（GqDVC）显著影响了CLP诱导的扩展杏仁核和CeAPKCδ⁺神经元的激活，以及随后的部分焦虑相关表型。