撰文：劉明哲_大仲馬

咳嗽，這位沉默的呼吸道衛士，日夜堅守著人體的門戶。當外界的煙塵、病菌或內部滋生的刺激物試圖侵襲時，它便以一陣急促的氣流將其驅逐出境——這是生命與生俱來的智慧，一場無聲的清潔行動。

然而，這位忠誠的守衛偶爾也會失控。當咳嗽從偶爾的"清嗓"演變為連綿不絕的"警報"，它便從保護者化身為折磨者。想象一下：深夜的臥室里，一陣陣撕扯胸腔的咳聲將睡眠撕成碎片；會議桌前，突如其來的嗆咳讓對話戛然而止。數據顯示，每三個走進呼吸科診室的人中，就有一個正被這種"過度防衛"所困擾。

更令人驚異的是，某些人的咳嗽反射竟變得像玻璃般脆弱。一絲涼風、一口辣椒，甚至大笑時的氣流，都能觸發劇烈的咳嗽——醫學上稱之為"咳嗽高敏感性"。科學家發現，這背后藏著雙重調控密碼：既有外周神經末梢的"哨兵"過度警覺，也有大腦中樞對咳嗽信號的"誤判"。就像一臺精密儀器，當傳感系統和控制中心同時失調，本應保護我們的機制，反而成了痛苦的源頭。

圖片來源：SmartVest

咳嗽與疼痛等軀體感覺的神經調控機制具有相似性。研究顯示，疼痛可降低健康人群與慢性咳嗽患者對辣椒素的咳嗽敏感性。功能成像顯示，疼痛和咳嗽相關的神經網絡存在交互作用。然而，軀體感覺刺激影響咳嗽的神經機制尚不清楚。

圖片來源：Xinzhong Dong lab, Cough (2013)

近期研究發現，辣椒素可激活人類橋腦呼吸組（PRG）；在去大腦貓的虛擬咳嗽過程中，PRG神經元發放發生顯著改變；而PRG失活會減弱咳嗽反應，表明PRG在咳嗽反射中起關鍵作用。

臂旁核（PBN）是PRG的重要組成部分。機械刺激氣管誘發咳嗽可增加貓PBN神經元的活動水平；外側臂旁核（LPBN）已被證實參與呼吸功能調節，并在機械刺激誘導的咳嗽過程中被激活。

此外，PBN亞群及其上行通路對疼痛信息處理具關鍵性調控作用，LPBN中μ-阿片受體（MOR）陽性神經元通過下游協調呼吸與疼痛及其相關負性情緒。然而，LPBN是否調節咳嗽敏感性，以及LPBN如何協調咳嗽與疼痛的關系，尚不明確。

圖片來源：Sung Han lab, Neuron (2022)

2025年3月，《Am J Respir Cell Mol Biol.》雜志在線刊登了廣醫一院呼吸疾病研究院賴克方研究組的最新重要工作，該研究發現LPBN通過PAG介導咳嗽高敏感性，并協調咳嗽與疼痛的關系。該研究為咳嗽高敏感性的發生發展提供理論基礎與藥物靶點，意義重大！

廣州醫科大學博士生林明通為本文第一作者，廣醫一院呼研院博士后/助理研究員劉明哲、廣醫一院研究人員黃楚琴為共同第一作者，廣醫一院呼研院賴克方教授為通訊作者，江蘇大學附屬昆山醫院陳哲教授為共同通訊作者，廣醫一院研究人員沈水容為本課題做出巨大貢獻。

前年9月，筆者建立一個神經環路領域愛好者討論組，我在群內分享最前沿的文章，介紹作者科研背景、研究興趣以及文章技術亮點。有興趣的小伙伴可以掃碼添加筆者微信以進入討論組，目前討論組正在如火如荼地進行(已達1900人)^_^

01

LPBN參與急性與慢性咳嗽

首先，為探究LPBN是否參與咳嗽，作者行Fos染色實驗與行為學實驗。他們發現，霧化檸檬酸誘發咳嗽可激活LPBN；通過化學遺傳學手段抑制LPBN神經元可顯著減少霧化檸檬酸或辣椒素誘發的急性咳嗽，亦可減少慢性咳嗽小鼠的自發咳嗽與致咳劑誘發的咳嗽行為（圖1）。以上結果闡明LPBN神經活性對急性與慢性咳嗽發生的必要性。

已知，LPBN具有異質性。那么，哪類神經元參與咳嗽信息處理呢？

筆者注：LPBN接受脊髓背角與孤束核投射，是軀體感覺與內感覺信息傳遞至中樞的重要中繼站。

圖1 LPBN參與急性與慢性咳嗽

02

LPBN GABA能神經元而非谷氨酸能神經元參與咳嗽

為回答以上問題，作者引入Vgat-Cre與Vglut2-Cre小鼠，并以化學遺傳學手段抑制LPBN內GABA能神經元或谷氨酸能神經元。抑制LPBN GABA能神經元顯著減少霧化檸檬酸或辣椒素誘發的咳嗽行為，不影響霧化鹽水誘發的咳嗽行為；而抑制LPBN谷氨酸能神經元不影響咳嗽行為（圖2）。以上結果顯示，LPBN內GABA能神經元而非谷氨酸能神經元對咳嗽發生是必要的。

那么，LPBN內GABA能神經元如何影響咳嗽呢？

筆者注：Vglut2-Cre是一種廣泛用于神經科學研究的轉基因小鼠品系，通過特異性標記和操控表達囊泡谷氨酸轉運體2（VGLUT2）的神經元，幫助研究者解析谷氨酸能神經元的功能。VGLUT2（Vesicular Glutamate Transporter 2）負責將谷氨酸（中樞神經系統的主要興奮性遞質）裝入突觸小泡，是谷氨酸能神經元的標志性分子。

Vgat-Cre（又稱 Slc32a1-Cre）是一種用于特異性操控 γ-氨基丁酸（GABA）能神經元的轉基因小鼠品系，幫助研究者解析GABA能神經元的功能，VGAT2（Vesicular GABA Transporter 2）負責將抑制性神經遞質GABA裝載到突觸小泡中，是抑制性神經元的標志性分子。

圖2 LPBN內GABA能神經元而非谷氨酸能神經元參與咳嗽

03

LPBN GABA能神經元的下游腦區

為回答上述問題，作者在Vgat-Cre小鼠LPBN內注射AAV-DIO-EGFP以行正向示蹤實驗，在BNST、PVN、CeA、VMH、PAG、BotC、PreBotC與DPGi等腦區內發現EGFP陽性神經纖維（圖3），提示LPBN GABA能神經元可能通過這些腦區參與咳嗽。

那么，哪個下游腦區扮演重要角色呢？

筆者注：PreB?tzinger復合體（PreB?tC）是位于哺乳動物延髓腹外側（ventral medulla） 的一個微小但至關重要的神經核團，被認為是呼吸節律（特別是吸氣節律）的核心發生器。

B?tzinger Complex (B?tC)是另一個呼吸相關核團，主要含呼氣相關（expiratory）GABA/甘氨酸能神經元，與PreB?tC共同構成呼吸節律調控網絡。

圖3 LPBN GABA能神經元的下游腦區

04

LPBN GABA-PAG環路調控咳嗽

過去研究發現，PAG GABA能神經元下行抑制咳嗽，那么LPBN-PAG環路是否影響咳嗽呢？為探究LPBN-PAG環路功能，作者采用AAV2/2Retro-FLEX-Flpo與AAV-fDIO-hM4Di抑制投射至PAG的PBN GABA能神經元。抑制此類神經元后，霧化檸檬酸、辣椒素誘發的咳嗽行為顯著減少（圖4A-E）。

為進一步探究PAG在其中的重要性，作者通過taCasp3誘導PAG神經消融，一定程度恢復了小鼠的咳嗽行為（圖4F-J），提示LPBN GABA能神經元可能通過抑制PAG介導/促進咳嗽。

那么，LPBN如何協調軀體感覺與咳嗽呢？

筆者注： tACasp3（Targeted Apoptosis by Caspase 3）是一種通過誘導 Caspase-3依賴性細胞凋亡來特異性消融目標神經元的技術。

圖4 LPBN GABA-PAG環路調控咳嗽

05

LPBN 谷氨酸能神經元而非GABA能神經元參與疼痛抑制咳嗽過程

臨床研究表明，疼痛可抑制咳嗽。由此，作者建立辣椒素疼痛模型，小鼠機械痛閾值降低，咳嗽敏感性降低（圖5A-D）。

為探究其機制，作者再次采用化學遺傳學手段。抑制LPBN GABA能神經元不影響疼痛對咳嗽的抑制；而抑制LPBN 谷氨酸能神經元后，疼痛對咳嗽的抑制得到解除，小鼠機械痛閾和咳嗽敏感性得以恢復（圖5D-N）。

以上結果表明，LPBN 谷氨酸能神經元而非GABA能神經元參與疼痛對咳嗽的抑制作用。那么，其機制若何呢？

圖5 LPBN 谷氨酸能神經元而非GABA能神經元參與疼痛抑制咳嗽過程

06

LPBN谷氨酸能-PAG環路調控疼痛抑制咳嗽

最后，作者順向示蹤LPBN 谷氨酸能神經元，在PAG等腦區發現GFP陽性纖維（圖6A-F）。為進一步探究LPBN谷氨酸能-PAG環路功能，作者結合AAV2/2Retro與化學遺傳學以抑制投射至PAG的LPBN谷氨酸能神經元，辣椒素疼痛模型小鼠的機械痛閾值與咳嗽敏感性得到恢復（圖6G-K）。

綜上所述，作者發現LPBN谷氨酸能與GABA能神經元在咳嗽模型與疼痛模型中的不同作用。

圖6 LPBN谷氨酸能-PAG環路調控疼痛抑制咳嗽

本文的局限性

本篇文章具有新意，但具有重大漏洞：

1、解剖學方面，從示意圖看，文中標記的PBN GABA能神經元偏多，很可能包含谷氨酸能神經元。

2、邏輯方面，已知PAG GABA能神經元被咳嗽激活（前文Fos實驗），文中數據提示PBN GABA能神經元介導/促進咳嗽，那么PBN GABA能神經元應該是通過某途徑激活PAG GABA能神經元，至少不會是直接投射。通過AAV2/2retro標記投射到PAG的PBN GABA能神經元邏輯講不通。

3、PBN GABA能神經元示蹤實驗顯示很多下游，與多數文章觀點不符；多數文章顯示，PBN 谷氨酸能神經元負責投射到其他腦區，GABA能神經元投射在PBN內部。

4、如果文中標記的GABA能神經元很大一部分是谷氨酸能神經元的話，1、2、3都說得通；建議檢查Vgat-Cre小鼠基因型，或者DIO病毒的特異性。

5、機制探究方面，文章均為loss of function實驗；若想探究PBN GABA能神經元的介導性作用，gain of function實驗也是必要的。

6、對于疼痛抑制咳嗽的研究，gain of function實驗更佳重要；首先需要確定PBN 谷氨酸能神經元被辣椒素介導的足底疼痛激活，然后在正常動物中激活此類神經元，方可表明此類神經元參與疼痛抑制咳嗽過程；單純的抑制PBN 谷氨酸能神經元影響痛閾和咳嗽敏感性，并不一定代表此類神經元參與上述過程。

總結

慢性咳嗽十分痛苦，但機制未明。本篇文章結合化學遺傳學、神經示蹤與行為學，發現PBN GABA能神經元參與急性、慢性咳嗽的發生，PBN 谷氨酸能神經元參與疼痛對咳嗽的抑制性作用。此外，本篇文章首次建立疼痛抑制咳嗽模型，為軀體感覺和咳嗽的交互作用建立研究基礎。

參考文獻

Lin M, Liu M, Huang C, Shen S, Chen Z, Lai K. Multiple Neural Networks Originating from the Lateral Parabrachial Nucleus Modulate Cough-like Behavior and Coordinate Cough with Pain. Am J Respir Cell Mol Biol. 2025 Mar;72(3):272-284. doi: 10.1165/rcmb.2024-0084OC. PMID: 39417744.