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发作之后,呼吸能否继续?两套单胺系统的协作线索

International journal of biological sciences · 2025-10-10

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International journal of biological sciences · 研究前沿

发作之后,呼吸能否继续?两套单胺系统的协作线索

DBA/1 小鼠研究将血清素、去甲肾上腺素与脑干呼吸节律区域联系起来,发现同时增强两套系统能降低发作诱发的呼吸停止。

AI 概念插图:两种颜色的神经输入汇合于呼吸调节网络

癫痫发作的危险,不只在看得见的抽搐。发作之后,维持呼吸的神经网络也可能受到冲击;发作诱发的呼吸停止,是研究癫痫猝死的重要切入点。2025 年 10 月 10 日发表于《International Journal of Biological Sciences》的研究,把目光放在两套常被分开讨论的调节系统:血清素(5-HT)与去甲肾上腺素(NE)。在易发生呼吸停止的 DBA/1 小鼠中,研究追踪背侧缝核、蓝斑及前包钦格复合体之间的联系,询问它们怎样协作,让呼吸网络更能应对发作。

关键发现

分别作用尚不足以降低呼吸停止的两项单胺干预,联合后产生明显效果;细胞调节与局部受体实验进一步把这种协作联系到脑干呼吸节律区域。

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单独作用不足,联合出现效果

研究首先问一个简单问题:如果两套系统都与呼吸保护有关,把它们一起调动会怎样?增强血清素生成与提高 NE 可用性的干预,分别在较低水平时没有明显降低呼吸停止;两者联合,却在声音诱发和 PTZ 诱发的两种发作模型中都降低了呼吸停止发生率。

联合干预还改善部分发作行为,但不同发作模型、不同对照比较的变化并不完全相同。呼吸停止是贯穿实验的关键结果,而奔跑、阵挛、强直性发作等行为组成部分各有变化。这提示协作可以影响发作后的危险,却不等于所有发作表现都同步减轻。

原论文图 2联合单胺干预降低呼吸停止
联合单胺干预降低呼吸停止
Figure 2:C、D 对应声音诱发模型,G、H 对应 PTZ 模型,分别展示呼吸停止发生率与发作行为;A、E 为设计,B、F 为行为示例。
来源:Xu Q et al. · International journal of biological sciences · CC BY
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双重调节药物揭示非线性反应

接着,研究使用同时影响血清素与 NE 再摄取的文拉法辛。在合适的实验条件下,它降低呼吸停止;但 PTZ 模型中的结果不是随干预增强一路改善,较强干预时保护变弱,部分发作行为甚至增加。两种诱发方式也表现出不同反应。

脑内钙信号与活动标记显示,背侧缝核血清素细胞和蓝斑 NE 细胞都被招募,其变化随干预强度而不同。这幅图景更像需要协调的调节网络:同时涉及两个系统,并不意味着无限增强信号就能获得更大收益。

原论文图 3文拉法辛及受体拮抗实验
文拉法辛及受体拮抗实验
Figure 3:B、C 显示不同干预强度在两种模型中的结果;E、F 为 5-HT2A 拮抗,H、I 为 α1 拮抗的对应行为与呼吸停止结果。
来源:Xu Q et al. · International journal of biological sciences · CC BY
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两处脑干细胞都能影响呼吸停止

药物会影响多个部位,因此研究进一步直接调节细胞活动。增强背侧缝核血清素细胞,呼吸停止发生率降低,同时蓝斑 NE 细胞的活动标记增加。直接增强蓝斑 NE 细胞,也能降低呼吸停止,并缩短强直性发作、降低发作评分。

蓝斑增强后,发作起始时间与奔跑、阵挛持续时间基本不变,呼吸结果仍然改善。这让研究能够把呼吸停止与某些外显发作行为分开观察:降低呼吸危险,未必需要把整场发作的每一个环节都压低。

原论文图 6增强背侧缝核或蓝斑细胞
增强背侧缝核或蓝斑细胞
Figure 6:B–G 为背侧缝核细胞增强及蓝斑活动标记,H–M 为蓝斑细胞增强、行为与背侧缝核活动标记。
来源:Xu Q et al. · International journal of biological sciences · CC BY
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调节信号到达前包钦格复合体

两处单胺核团怎样联系到真正组织呼吸节律的网络?顺行与逆行追踪把背侧缝核、蓝斑及前包钦格复合体(PBC)联系起来。PBC 位于延髓,是呼吸节律生成的重要区域,它成为研究观察两套调节信号汇合的重点。

增强蓝斑细胞时,PBC 的活动标记增加,发作中的钙信号也在阵挛阶段升高,强直阶段则基本不变。呼吸网络受到的调节,并非在发作所有阶段都一样。沿着行为的时间进程观察信号,才能看见这种阶段差异。

原论文图 9蓝斑增强后的 PBC 活动
蓝斑增强后的 PBC 活动
Figure 9:B 为呼吸停止发生率,C–G 为活动和定位相关图像,H–J 为阵挛阶段 PBC 钙信号,K–M 为强直阶段。
来源:Xu Q et al. · International journal of biological sciences · CC BY
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血清素系统的效果需要 NE 系统参与

协作还意味着一个系统的作用可能需要另一个系统配合。研究在增强背侧缝核血清素细胞的同时,使用干扰中枢 NE 系统的处理,原本降低呼吸停止的效果随之消失。较长时间处理后,蓝斑 TH 阳性细胞也减少。

这个结果把两套单胺系统从平行的保护线索联系成具有依赖关系的网络。背侧缝核活动不只影响自身的输出,还与 NE 系统的状态有关;呼吸保护来自多个节点共同工作的条件,而不是某一个核团单独承担全部作用。

原论文图 10干扰 NE 系统改变背侧缝核增强效果
干扰 NE 系统改变背侧缝核增强效果
Figure 10:A–C 为实验和细胞定位,D 展示呼吸停止与发作行为,E 为较长 NE 系统干扰后的蓝斑 TH 染色。
来源:Xu Q et al. · International journal of biological sciences · CC BY
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PBC 的两类受体参与保护效果

为了追问信号在呼吸节律区域怎样发挥作用,研究考察 PBC 的血清素 5-HT2A 受体与 NE α1 受体。局部阻断 α1 受体,会抵消增强蓝斑细胞时呼吸停止减少的效果;同时阻断两类受体,也使文拉法辛的保护效果明显减弱。

连接追踪说明信号可能从哪里来,局部受体实验则指出信号在哪一类分子入口发挥作用。两类受体把单胺调节与呼吸网络联系起来,也使“协作”从两项干预一起有效,深入到能够在特定脑区检验的机制。

原论文图 12PBC 局部受体阻断实验
PBC 局部受体阻断实验
Figure 12:A–D 为蓝斑增强结合 PBC α1 阻断,E–G 为文拉法辛结合 PBC 两类受体阻断及行为结果。
来源:Xu Q et al. · International journal of biological sciences · CC BY
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发作严重程度与呼吸危险并非同一条刻度

局部激活 PBC 的 5-HT2A 或 α1 受体,也能降低呼吸停止,而发作起始时间和部分行为持续时间仍相近。这个结果再次凸显,外显抽搐与呼吸停止相互关联,却并非完全重合;观察呼吸调节本身,能够发现只看发作行为时容易遗漏的变化。

研究采用雌雄 DBA/1 小鼠及两种急性诱发模型,重点刻画发作诱发呼吸停止这一危险环节。它呈现出一个由单胺核团、相互依赖的活动和呼吸节律区域共同构成的故事:呼吸能否继续,不仅取决于发作本身,也与维持节律的调节网络处于怎样的状态有关。

原论文图 13激活两类受体与呼吸停止
激活两类受体与呼吸停止
Figure 13:C、D 为全身受体激活结果,G、H 为 PBC 局部激活;I 为定位,K、L 比较 DBA/1 与 C57 小鼠的模型易感性。
来源:Xu Q et al. · International journal of biological sciences · CC BY
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论文信息

Xu Q, Xu X, Gu L, Wu Y, Yang Y, Zhang Z, Zhang Z, Di X, Lian X, Yu Q, Wang Y, Ma H, Shao W, Liu L, Gu J, Tong F, Zhang H.
An efficient neural network of cooperating serotonergic and noradrenergic neurons in modulating sudden unexpected death in epilepsy
International journal of biological sciences · 2025-10-10
DOI: 10.7150/ijbs.114659