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。
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。
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。
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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。
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。
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。
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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。
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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。
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