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肺部信号参与镇痛:细胞与迷走神经的对话

Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · 2025-08-28

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Advanced Science · 研究前沿

肺部信号参与镇痛:细胞与迷走神经的对话

间充质基质细胞在小鼠中减轻神经损伤相关敏感,研究追踪到肺部 Npy2r 感觉神经元,以及参与疼痛调节的中脑网络。

根据论文主题制作的 AI 科学概念插画

疼痛的变化,有时从受伤部位以外的地方开始。发表于 Advanced Science 的一项研究发现,人来源的间充质基质细胞进入小鼠体内后,与肺部感觉神经发生联系,脑内疼痛调节区域也随之响应。肺不仅交换气体,也可能成为一处传递细胞信号、参与感觉调节的身体—大脑接口。

关键发现

肺部 Npy2r 感觉神经元参与基质细胞带来的镇痛表现;细胞的 PANX1 相关 ATP 释放及神经元的嘌呤能响应,为这条肺—脑联系提供了分子线索。

阅读目录 · 6个部分

触碰与热刺激的反应发生变化

在部分神经损伤模型中,小鼠原本较低的机械缩足阈值,在接受基质细胞后升高;热刺激下的反应潜伏期也增加。成纤维细胞对照没有产生同样明显的效果。研究考察了数小时内的响应,也继续跟踪了后续变化。

改善在最初几天较明显,到第七天已不再显著。雄鼠的机械反应改善强于雌鼠,热反应的改善则相近。运动协调没有受到明显影响,另一些焦虑样和不动时间指标也有所改善。细胞作用有时间范围,不同感觉读出也显示出性别差别。

补充观察中,化疗相关神经病变和炎症性疼痛模型的感觉反应也有所改善。不同模型出现相近方向,让团队关注细胞是否调动了已有的疼痛调节系统;后续回路分析则集中在神经损伤模型,逐步寻找这项作用的来源。

原论文图 1基质细胞后的感觉变化与中脑参与
基质细胞后的感觉变化与中脑参与
原论文 Figure 1:基质细胞改善神经损伤小鼠的机械与热反应,并增强腹外侧导水管周围灰质活动;去除该区域神经元后,相关感觉改善减弱。
来源:Huang J et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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疼痛调节区域出现响应

脑内响应并不限于一处,但腹外侧导水管周围灰质格外引人注意。这个中脑区域参与下行疼痛调节,基质细胞后,其神经元活动标记和群体钙信号增强。去除该区域神经元后,细胞带来的机械与热反应改善消失,提示它是作用链中的重要节点。

如果只从抗炎角度解释细胞作用,这条神经联系容易被忽略。在研究主要关注的较晚神经损伤阶段,所测血清炎症指标没有出现明显改善。团队于是把问题转向:身体里的细胞,怎样让远处的中脑响应?

迷走神经把肺与脑干相连

追踪显示,进入体内的基质细胞主要分布在肺部,靠近感觉神经纤维。肺部神经信号可以沿迷走传入抵达孤束核,并与通向导水管周围灰质的网络相连。基质细胞后,迷走感觉神经节、孤束核及中脑都出现活动增强。

肺部感觉神经并非只有一种。研究比较两类细胞后发现,提高 Npy2r 神经元活动能改善机械与热反应,同时增强中脑活动;提高 P2ry1 神经元活动则没有同样效果。身体信息能否改变感觉,取决于由哪类神经元传递。

原论文图 3Npy2r 与另一类肺部神经元的比较
Npy2r 与另一类肺部神经元的比较
原论文 Figure 3:提高肺部 Npy2r 神经元活动改善神经损伤相关机械与热反应,并增强中脑响应;P2ry1 神经元激活未出现同样改善。
来源:Huang J et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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阻断这一环,细胞作用减弱

基质细胞靠近肺部 Npy2r 纤维,相关感觉神经元的活动标记和钙响应也随之增强。进一步减少这类肺部神经元的活动后,基质细胞带来的机械与热反应改善受到抑制。位置关系、实时响应及行为变化,共同把两者联系起来。

细胞与神经元共同观察时,神经钙响应还能维持数小时。这里的细胞更像向已有网络发送信息,而不是替代损伤的神经组织。肺部成为两者相遇的地点,让细胞释放的信号有机会被神经系统接收。

原论文图 4抑制 Npy2r 神经元后的作用变化
抑制 Npy2r 神经元后的作用变化
原论文 Figure 4:基质细胞增强 Npy2r 神经元活动标记;抑制肺部 Npy2r 神经元后,基质细胞对机械和热反应的改善减弱。
来源:Huang J et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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ATP 从细胞信号变成神经响应

ATP 通常让人联想到细胞供能,它在细胞外也能参与通信。基质细胞后,肺组织中的 ATP 水平升高;ATP 可增强 Npy2r 神经纤维的钙响应。减少相关嘌呤能受体信号,感觉神经节、脑干及中脑的活动增强都随之减弱。

团队继续追踪细胞中的 PANX1 通道。降低它的表达后,细胞释放的 ATP 减少,Npy2r 响应与后续脑内活动也减弱,相关镇痛表现受到影响。细胞释放、神经接收及脑内响应,由此形成了一组相互呼应的证据。

原论文图 6ATP 与 PANX1 相关的神经响应
ATP 与 PANX1 相关的神经响应
原论文 Figure 6:基质细胞增加肺组织 ATP 并增强神经响应;嘌呤能信号受抑或细胞 PANX1 表达降低时,相关神经活动减弱。
来源:Huang J et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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肺部感知可改变远处的感觉反应

研究还考察了 ATP 类似物 ATPγS。它在小鼠中增强相关感觉神经与脑区活动,并改善神经损伤后的机械和热反应;在未损伤小鼠中,热反应潜伏期也增加。这个结果把问题从“哪种细胞产生作用”推进到“哪些信号能调动这一网络”。

这项研究的新认识,是感觉调节可以由肺部的细胞—神经交流参与:身体一端的化学信号,影响了另一端对刺激的反应。结果来自小鼠、作用观察以短期为主,也显示了性别差别。肺—脑联系因此成为疼痛生物学中一个具体可追踪的机制。

原论文图 7ATP 类似物后的神经活动与感觉变化
ATP 类似物后的神经活动与感觉变化
原论文 Figure 7:ATPγS 后,Npy2r 感觉神经元、孤束核及腹外侧导水管周围灰质活动增强,神经损伤小鼠的机械缩足阈值和热反应潜伏期提高。
来源:Huang J et al. · Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · CC BY
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论文信息

Huang J, Zhou T, Sun Y, Ma Y, Deng Y, Chen K, Li R, Qiu Y, Wang T, Chen X, Huang L, Zhu L, Tu X, Wang Y, Liu Z, Lin R, Tong Y, Li Y, Li H, Nie L, Fang R, Feng J, Wei X, Feng X, Xiang AP, Zhang X.
Mesenchymal Stromal Cells Play an Analgesic Role Through a Npy2r Sensory Neuron-Mediated Lung-to-Brain Axis
Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany) · 2025-08-28
DOI: 10.1002/advs.202504922