Nature：新研究揭示交感神经系统控制胃肠道消化功能

自主神经系统负责协调心脏和肠道等内脏器官的功能，是大脑和身体其他部分之间的联系纽带。它分为两部分---交感神经系统和副交感神经系统，通常分别被描述为人体的加速器和制动器。例如，交感神经系统在遇到危险时会启动“要么战斗，要么逃跑”的反应，将能量集中在即时生存上，停止消化等不那么紧急的功能。

如今，在一项新的研究中，来自加州理工学院的研究人员发现了交感神经系统中的多个神经元群体，并揭示了它们如何以器官特异性的方式控制内脏器官功能。相关研究结果于2024年11月27日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Organ-specific sympathetic innervation defines visceral functions”。论文通讯作者为加州理工学院传统医学研究所研究员 Yuki Oka。论文第一作者为Oka实验室研究生Tongtong Wang。

Oka实验室的研究重点是了解大脑和身体如何合作以保持健康的内部平衡。2022 年，他们发现了一个身体到大脑的系统，它能传递有关水合水平的信号。但是，长期以来，科学家们一直不知道大脑如何调节身体的其他功能，比如“要么战斗，要么逃跑”反应。

Oka说，“人们对自主神经系统的解剖和功能已了解了一个多世纪，但我们对这种系统中神经元的细胞和功能多样性的了解却少得令人吃惊。”

中枢神经系统由大脑和脊髓中的神经元组成，而交感神经系统（也称为外周自主神经系统）由遍布全身的神经节中的神经元组成，支配着肠道和心脏等区域。虽然研究大脑神经元的先进技术已经开发出来，但研究交感神经系统中的自主神经元却更具挑战性。

传统上，交感神经系统一直被视为一个广泛影响器官功能的统一网络。这项新研究挑战了这一观点，并说明了交感神经系统的特定部分是如何完成独特任务的。

在这项新的研究中，Wang 结合了单细胞 RNA 测序和空间转录组分析这两种分子技术，研究了小鼠中支配肠道等腹部器官的主要交感神经节细胞的基因表达模式。

有趣的是，Oka及其研究团队发现至少有两个不同的神经元群体表达不同的基因。利用转基因小鼠进行的进一步研究发现，其中一个神经元群体靶向胃肠道，而另一个神经元群体靶向包括胰腺和胆道在内的分泌区域。

Wang说，“发现具有器官特异性支配的多个交感神经元群体令人振奋，因为它可以精确控制和调节身体功能。”

Oka团队接下来的目标是了解这些不同类型的神经元如何对生理过程产生因果影响。他们首先关注胆汁的分泌，其中胆汁是肝脏分泌的一种微小液体，释放到肠道中用于脂肪消化。

WGA逆行示踪定量。a，如图所示8个器官部位的左侧和右侧结节神经节（NG）中代表性wga标记细胞（红色）（n = 8只小鼠）。b, c, CG-SMG (b)，左侧和右侧结节神经节 (c)中wga阳性细胞数量的定量。d，双色器官示踪左图（上）和右图（下）中wga标记细胞的代表性图像和定量（n = 6只小鼠）。

Oka团队与加州理工学院医学工程教授、传统医学研究所研究员Wei Gao及其团队合作，开发了一种微流体设备，能够在纳米水平上检测体内胆汁分泌的细微变化。

通过利用基因干扰工具选择性地激活每个独特的神经元群体，他们发现一类交感神经元抑制了消化液分泌，同时增加了胰高血糖素的释放，而胰高血糖素是一种对提高血糖水平至关重要的激素。值得注意的是，另一类神经元能独立抑制肠道蠕动，即肠道肌肉挤压食物的运动。Wang解释说，“这就像在一台复杂的机器中拨动开关，观察每个部件的反应。”

Oka 补充说，“我们发现的模块化安排意味着人体可以在不影响其他器官的情况下对每个器官的活动进行微调。这是一种我们以前没有充分认识到的控制水平。”

这一发现对于理解和治疗各种疾病具有深远的意义。许多疾病都涉及特定器官的功能障碍，而了解特定神经通路提供了新的治疗可能性。

虽然交感神经系统最著名的作用可能是对捕食者等威胁做出反应，但体内低血糖等其他应激也会激活交感神经元。还需进行更多的研究，以了解处理、整合和响应各种应激信号的复杂的大脑-身体信号通路。（生物谷Bioon.com）

参考资料：

Tongtong Wang et al. Organ-specific sympathetic innervation defines visceral functions. Nature, 2024, doi:10.1038/s41586-024-08269-0.