撰文：劉明哲_大仲馬

咳嗽，這位沉默的呼吸道衛(wèi)士，日夜堅(jiān)守著人體的門戶。當(dāng)外界的煙塵、病菌或內(nèi)部滋生的刺激物試圖侵襲時(shí)，它便以一陣急促的氣流將其驅(qū)逐出境——這是生命與生俱來的智慧，一場(chǎng)無聲的清潔行動(dòng)。

然而，這位忠誠的守衛(wèi)偶爾也會(huì)失控。當(dāng)咳嗽從偶爾的"清嗓"演變?yōu)檫B綿不絕的"警報(bào)"，它便從保護(hù)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(huì)議桌前，突如其來的嗆咳讓對(duì)話戛然而止。數(shù)據(jù)顯示，每三個(gè)走進(jìn)呼吸科診室的人中，就有一個(gè)正被這種"過度防衛(wèi)"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(fēng)、一口辣椒，甚至大笑時(shí)的氣流，都能觸發(fā)劇烈的咳嗽——醫(yī)學(xué)上稱之為"咳嗽高敏感性"。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這背后藏著雙重調(diào)控密碼：既有外周神經(jīng)末梢的"哨兵"過度警覺，也有大腦中樞對(duì)咳嗽信號(hào)的"誤判"。就像一臺(tái)精密儀器，當(dāng)傳感系統(tǒng)和控制中心同時(shí)失調(diào)，本應(yīng)保護(hù)我們的機(jī)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(jīng)調(diào)控機(jī)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(duì)辣椒素的咳嗽敏感性。功能成像顯示，疼痛和咳嗽相關(guān)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)存在交互作用。然而，軀體感覺刺激影響咳嗽的神經(jīng)機(jī)制尚不清楚。

圖片來源：Xinzhong Dong lab, Cough (2013)

近期研究發(fā)現(xiàn)，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(jīng)元發(fā)放發(fā)生顯著改變；而PRG失活會(huì)減弱咳嗽反應(yīng)，表明PRG在咳嗽反射中起關(guān)鍵作用。

臂旁核（PBN）是PRG的重要組成部分。機(jī)械刺激氣管誘發(fā)咳嗽可增加貓PBN神經(jīng)元的活動(dòng)水平；外側(cè)臂旁核（LPBN）已被證實(shí)參與呼吸功能調(diào)節(jié)，并在機(jī)械刺激誘導(dǎo)的咳嗽過程中被激活。

此外，PBN亞群及其上行通路對(duì)疼痛信息處理具關(guān)鍵性調(diào)控作用，LPBN中μ-阿片受體（MOR）陽性神經(jīng)元通過下游協(xié)調(diào)呼吸與疼痛及其相關(guān)負(fù)性情緒。然而，LPBN是否調(diào)節(jié)咳嗽敏感性，以及LPBN如何協(xié)調(diào)咳嗽與疼痛的關(guān)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(yī)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(fā)現(xiàn)LPBN通過PAG介導(dǎo)咳嗽高敏感性，并協(xié)調(diào)咳嗽與疼痛的關(guān)系。該研究為咳嗽高敏感性的發(fā)生發(fā)展提供理論基礎(chǔ)與藥物靶點(diǎn)，意義重大！

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

前年9月，筆者建立一個(gè)神經(jīng)環(huán)路領(lǐng)域愛好者討論組，我在群內(nèi)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(shù)亮點(diǎn)。有興趣的小伙伴可以掃碼添加筆者微信以進(jìn)入討論組，目前討論組正在如火如荼地進(jìn)行(已達(dá)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(shí)驗(yàn)與行為學(xué)實(shí)驗(yàn)。他們發(fā)現(xiàn)，霧化檸檬酸誘發(fā)咳嗽可激活LPBN；通過化學(xué)遺傳學(xué)手段抑制LPBN神經(jīng)元可顯著減少霧化檸檬酸或辣椒素誘發(fā)的急性咳嗽，亦可減少慢性咳嗽小鼠的自發(fā)咳嗽與致咳劑誘發(fā)的咳嗽行為（圖1）。以上結(jié)果闡明LPBN神經(jīng)活性對(duì)急性與慢性咳嗽發(fā)生的必要性。

已知，LPBN具有異質(zhì)性。那么，哪類神經(jīng)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(nèi)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(jīng)元而非谷氨酸能神經(jīng)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(xué)遺傳學(xué)手段抑制LPBN內(nèi)GABA能神經(jīng)元或谷氨酸能神經(jīng)元。抑制LPBN GABA能神經(jīng)元顯著減少霧化檸檬酸或辣椒素誘發(fā)的咳嗽行為，不影響霧化鹽水誘發(fā)的咳嗽行為；而抑制LPBN谷氨酸能神經(jīng)元不影響咳嗽行為（圖2）。以上結(jié)果顯示，LPBN內(nèi)GABA能神經(jīng)元而非谷氨酸能神經(jīng)元對(duì)咳嗽發(fā)生是必要的。

那么，LPBN內(nèi)GABA能神經(jīng)元如何影響咳嗽呢？

筆者注：Vglut2-Cre是一種廣泛用于神經(jīng)科學(xué)研究的轉(zhuǎn)基因小鼠品系，通過特異性標(biāo)記和操控表達(dá)囊泡谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體2（VGLUT2）的神經(jīng)元，幫助研究者解析谷氨酸能神經(jīng)元的功能。VGLUT2（Vesicular Glutamate Transporter 2）負(fù)責(zé)將谷氨酸（中樞神經(jīng)系統(tǒng)的主要興奮性遞質(zhì)）裝入突觸小泡，是谷氨酸能神經(jīng)元的標(biāo)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(jīng)元的轉(zhuǎn)基因小鼠品系，幫助研究者解析GABA能神經(jīng)元的功能，VGAT2（Vesicular GABA Transporter 2）負(fù)責(zé)將抑制性神經(jīng)遞質(zhì)GABA裝載到突觸小泡中，是抑制性神經(jīng)元的標(biāo)志性分子。

圖2 LPBN內(nèi)GABA能神經(jīng)元而非谷氨酸能神經(jīng)元參與咳嗽

03

LPBN GABA能神經(jīng)元的下游腦區(qū)

為回答上述問題，作者在Vgat-Cre小鼠LPBN內(nèi)注射AAV-DIO-EGFP以行正向示蹤實(shí)驗(yàn)，在BNST、PVN、CeA、VMH、PAG、BotC、PreBotC與DPGi等腦區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)EGFP陽性神經(jīng)纖維（圖3），提示LPBN GABA能神經(jīng)元可能通過這些腦區(qū)參與咳嗽。

那么，哪個(gè)下游腦區(qū)扮演重要角色呢？

筆者注：PreB?tzinger復(fù)合體（PreB?tC）是位于哺乳動(dòng)物延髓腹外側(cè)（ventral medulla） 的一個(gè)微小但至關(guān)重要的神經(jīng)核團(tuán)，被認(rèn)為是呼吸節(jié)律（特別是吸氣節(jié)律）的核心發(fā)生器。

B?tzinger Complex (B?tC)是另一個(gè)呼吸相關(guān)核團(tuán)，主要含呼氣相關(guān)（expiratory）GABA/甘氨酸能神經(jīng)元，與PreB?tC共同構(gòu)成呼吸節(jié)律調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

圖3 LPBN GABA能神經(jīng)元的下游腦區(qū)

04

LPBN GABA-PAG環(huán)路調(diào)控咳嗽

過去研究發(fā)現(xiàn)，PAG GABA能神經(jīng)元下行抑制咳嗽，那么LPBN-PAG環(huán)路是否影響咳嗽呢？為探究LPBN-PAG環(huán)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(jīng)元。抑制此類神經(jīng)元后，霧化檸檬酸、辣椒素誘發(fā)的咳嗽行為顯著減少（圖4A-E）。

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

那么，LPBN如何協(xié)調(diào)軀體感覺與咳嗽呢？

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

圖4 LPBN GABA-PAG環(huán)路調(diào)控咳嗽

05

LPBN 谷氨酸能神經(jīng)元而非GABA能神經(jīng)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(jī)械痛閾值降低，咳嗽敏感性降低（圖5A-D）。

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

以上結(jié)果表明，LPBN 谷氨酸能神經(jīng)元而非GABA能神經(jīng)元參與疼痛對(duì)咳嗽的抑制作用。那么，其機(jī)制若何呢？

圖5 LPBN 谷氨酸能神經(jīng)元而非GABA能神經(jīng)元參與疼痛抑制咳嗽過程

06

LPBN谷氨酸能-PAG環(huán)路調(diào)控疼痛抑制咳嗽

最后，作者順向示蹤LPBN 谷氨酸能神經(jīng)元，在PAG等腦區(qū)發(fā)現(xiàn)GFP陽性纖維（圖6A-F）。為進(jìn)一步探究LPBN谷氨酸能-PAG環(huán)路功能，作者結(jié)合AAV2/2Retro與化學(xué)遺傳學(xué)以抑制投射至PAG的LPBN谷氨酸能神經(jīng)元，辣椒素疼痛模型小鼠的機(jī)械痛閾值與咳嗽敏感性得到恢復(fù)（圖6G-K）。

綜上所述，作者發(fā)現(xiàn)LPBN谷氨酸能與GABA能神經(jīng)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(huán)路調(diào)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(xué)方面，從示意圖看，文中標(biāo)記的PBN GABA能神經(jīng)元偏多，很可能包含谷氨酸能神經(jīng)元。

2、邏輯方面，已知PAG GABA能神經(jīng)元被咳嗽激活（前文Fos實(shí)驗(yàn)），文中數(shù)據(jù)提示PBN GABA能神經(jīng)元介導(dǎo)/促進(jìn)咳嗽，那么PBN GABA能神經(jīng)元應(yīng)該是通過某途徑激活PAG GABA能神經(jīng)元，至少不會(huì)是直接投射。通過AAV2/2retro標(biāo)記投射到PAG的PBN GABA能神經(jīng)元邏輯講不通。

3、PBN GABA能神經(jīng)元示蹤實(shí)驗(yàn)顯示很多下游，與多數(shù)文章觀點(diǎn)不符；多數(shù)文章顯示，PBN 谷氨酸能神經(jīng)元負(fù)責(zé)投射到其他腦區(qū)，GABA能神經(jīng)元投射在PBN內(nèi)部。

4、如果文中標(biāo)記的GABA能神經(jīng)元很大一部分是谷氨酸能神經(jīng)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(jī)制探究方面，文章均為loss of function實(shí)驗(yàn)；若想探究PBN GABA能神經(jīng)元的介導(dǎo)性作用，gain of function實(shí)驗(yàn)也是必要的。

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

總結(jié)

慢性咳嗽十分痛苦，但機(jī)制未明。本篇文章結(jié)合化學(xué)遺傳學(xué)、神經(jīng)示蹤與行為學(xué)，發(fā)現(xiàn)PBN GABA能神經(jīng)元參與急性、慢性咳嗽的發(fā)生，PBN 谷氨酸能神經(jīng)元參與疼痛對(duì)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(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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.