《EXPERIMENTAL AND MOLECULAR MEDICINE》：Breath volatiles reflect diabetic gastroparesis and its recovery by activating Nav1.8-expressing neurons in mice
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糖尿病胃轻瘫（diabetic gastroparesis, DG）患者常经历慢性且棘手的症状，目前缺乏有效治疗选择。本研究探究了激活Nav1.8表达神经元是否可改善胃动力，以及呼出气中的挥发性有机化合物（volatile organic compounds,
糖尿病胃轻瘫（diabetic gastroparesis, DG）患者常经历慢性且棘手的症状，目前缺乏有效治疗选择。本研究探究了激活Nav1.8表达神经元是否可改善胃动力，以及呼出气中的挥发性有机化合物（volatile organic compounds, VOCs）能否作为疾病状态和治疗反应的非侵入性指标。在链脲佐菌素（streptozotocin, STZ）诱导的雄性糖尿病小鼠中，化学遗传学激活Nav1.8表达神经元改善了DG小鼠的胃动力。同时，DG与非糖尿病对照的呼出气VOC谱存在差异，糖尿病（诱导后3周）和DG（8–12周）小鼠的1-丁醇水平高于对照组。两种VOCs（2,4-二甲基-1-庚烯和4-甲基庚烷）组成了与胃排空改善相关的潜在治疗反应生物标志物组合，该分类模型区分刺激与非刺激状态的受试者工作特征曲线下面积（area under the curve, AUC）达0.83。研究人员的数据表明，Nav1.8表达神经元是胃动力的潜在调节因子，呼出气VOC模式是疾病动态的探索性非侵入性标志物，为基于神经调控和呼气测试的策略监测和管理胃轻瘫提供了概念验证框架。
糖尿病胃轻瘫（DG）是糖尿病常见的严重并发症，以无机械性梗阻情况下胃排空显著延迟为特征，患者常伴有恶心、呕吐、餐后饱胀和厌食等症状，若治疗不当可导致严重脱水及营养不良。目前DG的临床诊断方法，如胃排空闪烁扫描、无线动力胶囊、
13C呼气试验、不透X线标记物和胃电图等，均存在操作限制、易受药物干扰、假阳性/假阴性风险或可靠性低等缺陷。治疗方面，饮食调整、促动力药物和手术干预等现有手段仅能提供有限缓解，且伴有不良反应，因此亟需开发新的诊疗策略。既往研究显示，编码Nav1.8（一种电压门控钠通道亚型）的SCN10A基因突变与严重胃轻瘫相关，其多态性与功能性消化不良密切相关，提示Nav1.8表达神经元可能参与胃肠动力调控。然而，直接调控Nav1.8表达神经元活性能否改善胃动力尚未见报道。呼出气挥发性有机化合物（VOCs）作为一种非侵入性、可快速检测的生物标志物来源，已在多种疾病诊断中展现潜力，但针对糖尿病胃轻瘫动物模型的呼气VOC分析仍十分有限。基于此，研究人员开展了本研究，旨在通过化学遗传学激活Nav1.8表达神经元，评估其对胃动力的影响，并探索呼出气VOCs作为疾病状态和治疗反应非侵入性指标的可行性。该研究为神经调控和呼气检测策略用于胃轻瘫的管理提供了概念验证，论文发表于《EXPERIMENTAL AND MOLECULAR MEDICINE》。
关键技术方法方面，研究人员采用来自Jackson Laboratory的野生型C57BL/6J雄性小鼠、Nav1.8-cre小鼠及ROSA26-LSL-hM3Dq-mCitrine小鼠，通过杂交获得可化学遗传学激活Nav1.8表达神经元的DqNav1.8小鼠，并以不表达Cre的同窝Dq?小鼠作为对照。以链脲佐菌素（STZ）腹腔注射（110 mg/kg，连续2天）诱导糖尿病，随后通过血糖水平确认造模。胃动力评估采用对乙酰氨基酚（AAP）吸收试验和IVIS活体荧光成像；呼出气样本经聚四氟乙烯袋采集、吸附管富集后，利用热脱附-气相色谱-质谱联用（GC-MS）进行VOC鉴定，并通过MetaboAnalyst进行偏最小二乘判别分析（PLS-DA）、富集分析、ROC曲线及置换检验等统计处理。
研究结果部分：
**建立糖尿病胃轻瘫小鼠模型。** 研究人员在STZ诱导后第11周通过AAP吸收试验评估液体相胃排空，结果显示糖尿病野生型（DM-WT）小鼠各时间点血浆AAP浓度较非糖尿病野生型（ND-WT）对照组显著降低，提示胃排空延迟。胃组织Western blotting显示DM-WT小鼠c-Kit蛋白表达显著低于ND-WT，表明Cajal间质细胞（interstitial cells of Cajal, ICC）丢失，这是DG的典型特征。同时，血红素加氧酶-1（heme oxygenase-1, HO-1）在糖尿病早期（3周）表达升高，但在发生胃排空延迟的时间点（8–12周）与对照组无显著差异，符合既往DG动物模型中HO-1的动态变化。此外，延迟排空表型与年龄成熟无关，且未在糖尿病早期出现，表明该模型成功模拟了DG。
**糖尿病胃轻瘫中独特的呼出气VOCs。** 研究人员在第12周收集ND-WT和DM-WT小鼠呼出气并进行GC-MS分析。PLS-DA图显示两组VOC谱明显分离，火山图分析鉴定出1-丁醇和2-乙基己醇在DM-WT中显著升高。进一步分析显示，DM-WT小鼠在3周时1-丁醇水平已高于ND-WT，且随着鼠龄增长，ND-WT中1-丁醇水平明显下降而DM-WT中持续处于较高水平，提示1-丁醇与糖尿病及后续DG发展相关。富集分析表明脂肪醇、单萜类、羧酸类和苯甲酰衍生物占检出VOC的较大比例，其中烷烃和羰基化合物最多。
**激活Nav1.8表达神经元改善胃动力。** 研究人员将Dq?和DqNav1.8小鼠按有无糖尿病分为四组，在CNO注射后进行AAP吸收试验和IVIS成像。结果显示，DM-Dq?小鼠血浆AAP浓度低于ND-Dq?小鼠，而DM-DqNav1.8小鼠血浆AAP浓度显著高于DM-Dq?，且达到与ND-Dq?相当的水平；ND-DqNav1.8小鼠也高于ND-Dq?。IVIS胃排空成像进一步证实，DM-DqNav1.8小鼠的胃排空率显著高于DM-Dq?。这些结果表明，化学遗传学激活Nav1.8表达神经元可增强胃排空，缓解糖尿病引起的胃动力障碍。
**激活Nav1.8表达神经元加速胃排空及其对呼出气VOCs的影响。** 研究人员在CNO注射后30分钟分析各组的呼出气VOCs。PLS-DA和火山图分析显示，无论是否存在糖尿病，激活Nav1.8表达神经元后，苯乙烯富集，而2,4-二甲基-1-庚烯、4-甲基庚烷、1-丁醇和2,4-二甲基-1-癸烯等降低。其中，DM-DqNav1.8小鼠的1-丁醇水平显著低于DM-Dq?小鼠，类似趋势也见于ND组；CNO药物本身不改变VOC水平。这些结果提示多种VOCs，尤其是1-丁醇，可能作为神经元激活和胃动力改善的潜在指标。
**监测糖尿病胃轻瘫的潜在分类模型。** 研究人员以DM-Dq?与DM-DqNav1.8比较中VIP评分>1.0且排除外源性物质的VOCs为特征，筛选出2,4-二甲基-1-庚烯和4-甲基庚烷构建分类模型。两种VOC在DM-Dq?中的浓度均高于DM-DqNav1.8。单变量ROC分析显示二者的AUC分别为0.859和0.825；将二者联合进行多变量随机森林分析，所得的分类模型AUC为0.83，并经1000次置换检验验证（经验P=0.021）。这表明基于这两种VOCs的分类模型可用于监测DG治疗反应及胃排空改善状况。
在讨论部分，研究人员指出，DG模型表现出c-Kit降低和HO-1未诱导的现象，与既往非肥胖糖尿病啮齿模型一致；通过AAP吸收试验和IVIS成像的互补验证，增强了Nav1.8表达神经元激活发挥疗效的证据。尽管SCN10A突变或多态性与胃肠功能障碍相关，但此前尚未有人直接证明Nav1.8表达神经元活性可调节胃动力，本研究填补了这一空白。呼出气VOC中1-丁醇在糖尿病中升高，在激活Nav1.8神经元后降低，结合既往研究中1-丁醇与全身性炎症及年龄的相关性，提示其可能作为胃肠动力和疾病状态的探索性生物标志物。此外，研究构建的基于2,4-二甲基-1-庚烯和4-甲基庚烷的分类模型，为DG治疗监测提供了有前景的工具。
研究结论为：Nav1.8表达神经元是胃动力的潜在调节因子，激活这些神经元可以改善糖尿病状态下的胃排空，并同时改变呼出气VOC模式；呼出气VOCs，特别是选定的组合，可作为探索性非侵入性生物标志物用于监测DG疾病动态。该研究为神经调控联合呼气检测策略治疗和管理胃轻瘫提供了概念验证框架，但未来仍需在2型糖尿病模型、雌性动物及人类样本中进一步验证和标准化。
