 撰文：刘明哲_大仲马 咳嗽，这位沉默的呼吸道卫士，日夜坚守着人体的门户。当外界的烟尘、病菌或内部滋生的刺激物试图侵袭时，它便以一阵急促的气流将其驱逐出境——这是生命与生俱来的智慧，一场无声的清洁行动。 然而，这位忠诚的守卫偶尔也会失控。当咳嗽从偶尔的"清嗓"演变为连绵不绝的"警报"，它便从保护者化身为折磨者。想象一下：深夜的卧室里，一阵阵撕扯胸腔的咳声将睡眠撕成碎片；会议桌前，突如其来的呛咳让对话戛然而止。数据显示，每三个走进呼吸科诊室的人中，就有一个正被这种"过度防卫"所困扰。 更令人惊异的是，某些人的咳嗽反射竟变得像玻璃般脆弱。一丝凉风、一口辣椒，甚至大笑时的气流，都能触发剧烈的咳嗽——医学上称之为"咳嗽高敏感性"。科学家发现，这背后藏着双重调控密码：既有外周神经末梢的"哨兵"过度警觉，也有大脑中枢对咳嗽信号的"误判"。就像一台精密仪器，当传感系统和控制中心同时失调，本应保护我们的机制，反而成了痛苦的源头。
图片来源：SmartVest 咳嗽与疼痛等躯体感觉的神经调控机制具有相似性。研究显示，疼痛可降低健康人群与慢性咳嗽患者对辣椒素的咳嗽敏感性。功能成像显示，疼痛和咳嗽相关的神经网络存在交互作用。然而，躯体感觉刺激影响咳嗽的神经机制尚不清楚。
图片来源：Xinzhong Dong lab, Cough (2013) 近期研究发现，辣椒素可激活人类桥脑呼吸组（PRG）；在去大脑猫的虚拟咳嗽过程中，PRG神经元发放发生显著改变；而PRG失活会减弱咳嗽反应，表明PRG在咳嗽反射中起关键作用。 臂旁核（PBN）是PRG的重要组成部分。机械刺激气管诱发咳嗽可增加猫PBN神经元的活动水平；外侧臂旁核（LPBN）已被证实参与呼吸功能调节，并在机械刺激诱导的咳嗽过程中被激活。 此外，PBN亚群及其上行通路对疼痛信息处理具关键性调控作用，LPBN中μ-阿片受体（MOR）阳性神经元通过下游协调呼吸与疼痛及其相关负性情绪。然而，LPBN是否调节咳嗽敏感性，以及LPBN如何协调咳嗽与疼痛的关系，尚不明确。
图片来源：Sung Han lab, Neuron (2022) 2025年3月，《Am J Respir Cell Mol Biol.》杂志在线刊登了广医一院呼吸疾病研究院赖克方研究组的最新重要工作，该研究发现LPBN通过PAG介导咳嗽高敏感性，并协调咳嗽与疼痛的关系。该研究为咳嗽高敏感性的发生发展提供理论基础与药物靶点，意义重大！   广州医科大学博士生林明通为本文第一作者，广医一院呼研院博士后/助理研究员刘明哲、广医一院研究人员黄楚琴为共同第一作者，广医一院呼研院赖克方教授为通讯作者，江苏大学附属昆山医院陈哲教授为共同通讯作者，广医一院研究人员沈水容为本课题做出巨大贡献。 
 前年9月，笔者建立一个神经环路领域爱好者讨论组，我在群内分享最前沿的文章，介绍作者科研背景、研究兴趣以及文章技术亮点。有兴趣的小伙伴可以扫码添加笔者微信以进入讨论组，目前讨论组正在如火如荼地进行(已达1900人)^_^  01 LPBN参与急性与慢性咳嗽 首先，为探究LPBN是否参与咳嗽，作者行Fos染色实验与行为学实验。他们发现，雾化柠檬酸诱发咳嗽可激活LPBN；通过化学遗传学手段抑制LPBN神经元可显著减少雾化柠檬酸或辣椒素诱发的急性咳嗽，亦可减少慢性咳嗽小鼠的自发咳嗽与致咳剂诱发的咳嗽行为（图1）。以上结果阐明LPBN神经活性对急性与慢性咳嗽发生的必要性。 已知，LPBN具有异质性。那么，哪类神经元参与咳嗽信息处理呢？ 笔者注：LPBN接受脊髓背角与孤束核投射，是躯体感觉与内感觉信息传递至中枢的重要中继站。
图1 LPBN参与急性与慢性咳嗽  02 LPBN GABA能神经元而非谷氨酸能神经元参与咳嗽 为回答以上问题，作者引入Vgat-Cre与Vglut2-Cre小鼠，并以化学遗传学手段抑制LPBN内GABA能神经元或谷氨酸能神经元。抑制LPBN GABA能神经元显著减少雾化柠檬酸或辣椒素诱发的咳嗽行为，不影响雾化盐水诱发的咳嗽行为；而抑制LPBN谷氨酸能神经元不影响咳嗽行为（图2）。以上结果显示，LPBN内GABA能神经元而非谷氨酸能神经元对咳嗽发生是必要的。 那么，LPBN内GABA能神经元如何影响咳嗽呢？ 笔者注：Vglut2-Cre是一种广泛用于神经科学研究的转基因小鼠品系，通过特异性标记和操控表达囊泡谷氨酸转运体2（VGLUT2）的神经元，帮助研究者解析谷氨酸能神经元的功能。VGLUT2（Vesicular Glutamate Transporter 2）负责将谷氨酸（中枢神经系统的主要兴奋性递质）装入突触小泡，是谷氨酸能神经元的标志性分子。 Vgat-Cre（又称 Slc32a1-Cre）是一种用于特异性操控 γ-氨基丁酸（GABA）能神经元的转基因小鼠品系，帮助研究者解析GABA能神经元的功能，VGAT2（Vesicular GABA Transporter 2）负责将抑制性神经递质GABA装载到突触小泡中，是抑制性神经元的标志性分子。
图2 LPBN内GABA能神经元而非谷氨酸能神经元参与咳嗽 03 LPBN GABA能神经元的下游脑区 为回答上述问题，作者在Vgat-Cre小鼠LPBN内注射AAV-DIO-EGFP以行正向示踪实验，在BNST、PVN、CeA、VMH、PAG、BotC、PreBotC与DPGi等脑区内发现EGFP阳性神经纤维（图3），提示LPBN GABA能神经元可能通过这些脑区参与咳嗽。 那么，哪个下游脑区扮演重要角色呢？ 笔者注：PreBötzinger复合体（PreBötC）是位于哺乳动物延髓腹外侧（ventral medulla） 的一个微小但至关重要的神经核团，被认为是呼吸节律（特别是吸气节律）的核心发生器。 Bötzinger Complex (BötC)是另一个呼吸相关核团，主要含呼气相关（expiratory）GABA/甘氨酸能神经元，与PreBötC共同构成呼吸节律调控网络。
图3 LPBN GABA能神经元的下游脑区 04 LPBN GABA-PAG环路调控咳嗽 过去研究发现，PAG GABA能神经元下行抑制咳嗽，那么LPBN-PAG环路是否影响咳嗽呢？为探究LPBN-PAG环路功能，作者采用AAV2/2Retro-FLEX-Flpo与AAV-fDIO-hM4Di抑制投射至PAG的PBN GABA能神经元。抑制此类神经元后，雾化柠檬酸、辣椒素诱发的咳嗽行为显著减少（图4A-E）。 为进一步探究PAG在其中的重要性，作者通过taCasp3诱导PAG神经消融，一定程度恢复了小鼠的咳嗽行为（图4F-J），提示LPBN GABA能神经元可能通过抑制PAG介导/促进咳嗽。 那么，LPBN如何协调躯体感觉与咳嗽呢？ 笔者注： tACasp3（Targeted Apoptosis by Caspase 3）是一种通过诱导 Caspase-3依赖性细胞凋亡来特异性消融目标神经元的技术。
图4 LPBN GABA-PAG环路调控咳嗽 05 LPBN 谷氨酸能神经元而非GABA能神经元参与疼痛抑制咳嗽过程 临床研究表明，疼痛可抑制咳嗽。由此，作者建立辣椒素疼痛模型，小鼠机械痛阈值降低，咳嗽敏感性降低（图5A-D）。 为探究其机制，作者再次采用化学遗传学手段。抑制LPBN GABA能神经元不影响疼痛对咳嗽的抑制；而抑制LPBN 谷氨酸能神经元后，疼痛对咳嗽的抑制得到解除，小鼠机械痛阈和咳嗽敏感性得以恢复（图5D-N）。 以上结果表明，LPBN 谷氨酸能神经元而非GABA能神经元参与疼痛对咳嗽的抑制作用。那么，其机制若何呢？
图5 LPBN 谷氨酸能神经元而非GABA能神经元参与疼痛抑制咳嗽过程 06 LPBN谷氨酸能-PAG环路调控疼痛抑制咳嗽 最后，作者顺向示踪LPBN 谷氨酸能神经元，在PAG等脑区发现GFP阳性纤维（图6A-F）。为进一步探究LPBN谷氨酸能-PAG环路功能，作者结合AAV2/2Retro与化学遗传学以抑制投射至PAG的LPBN谷氨酸能神经元，辣椒素疼痛模型小鼠的机械痛阈值与咳嗽敏感性得到恢复（图6G-K）。 综上所述，作者发现LPBN谷氨酸能与GABA能神经元在咳嗽模型与疼痛模型中的不同作用。
图6 LPBN谷氨酸能-PAG环路调控疼痛抑制咳嗽 本文的局限性 本篇文章具有新意，但具有重大漏洞： 1、解剖学方面，从示意图看，文中标记的PBN GABA能神经元偏多，很可能包含谷氨酸能神经元。 2、逻辑方面，已知PAG GABA能神经元被咳嗽激活（前文Fos实验），文中数据提示PBN GABA能神经元介导/促进咳嗽，那么PBN GABA能神经元应该是通过某途径激活PAG GABA能神经元，至少不会是直接投射。通过AAV2/2retro标记投射到PAG的PBN GABA能神经元逻辑讲不通。 3、PBN GABA能神经元示踪实验显示很多下游，与多数文章观点不符；多数文章显示，PBN 谷氨酸能神经元负责投射到其他脑区，GABA能神经元投射在PBN内部。 4、如果文中标记的GABA能神经元很大一部分是谷氨酸能神经元的话，1、2、3都说得通；建议检查Vgat-Cre小鼠基因型，或者DIO病毒的特异性。 5、机制探究方面，文章均为loss of function实验；若想探究PBN GABA能神经元的介导性作用，gain of function实验也是必要的。 6、对于疼痛抑制咳嗽的研究，gain of function实验更佳重要；首先需要确定PBN 谷氨酸能神经元被辣椒素介导的足底疼痛激活，然后在正常动物中激活此类神经元，方可表明此类神经元参与疼痛抑制咳嗽过程；单纯的抑制PBN 谷氨酸能神经元影响痛阈和咳嗽敏感性，并不一定代表此类神经元参与上述过程。 总结 慢性咳嗽十分痛苦，但机制未明。本篇文章结合化学遗传学、神经示踪与行为学，发现PBN GABA能神经元参与急性、慢性咳嗽的发生，PBN 谷氨酸能神经元参与疼痛对咳嗽的抑制性作用。此外，本篇文章首次建立疼痛抑制咳嗽模型，为躯体感觉和咳嗽的交互作用建立研究基础。 |
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