《Nature》终于找到晕厥的原因了

小鼠实验揭示了大脑与心脏的联系会导致我们迅速失去意识，并在片刻后醒来。

　　

无论是由于热、饥饿、站立时间过长，还是仅仅因为看到血或针头，40%的人一生中至少晕倒一次。但究竟是什么导致了这种短暂的意识丧失——研究人员称之为“晕厥”——长期以来一直是心脏病学家和神经科学家的一个谜。

这篇文章研究了内脏感觉通路（visceral sensory pathways）在调节体内平衡反射（homeostatic reflexes）中的作用，特别是贝佐尔德-贾里施反射（Bezold-Jarisch reflex，BJR）这一心血管抑制反射。该反射是由迷走感觉神经元（vagal sensory neurons，VSNs）介导的，失调会导致许多神经疾病。

文章利用单细胞RNA测序数据和HYBRiD组织清除技术，发现表达神经肽Y受体Y2（NPY2R）的VSNs主要连接心脏心室壁和后极区（area postrema）。通过光遗传学激活NPY2R VSNs，会引发BJR反应的典型三联症——低血压、心动过缓和呼吸抑制，并导致动物昏厥。在高分辨率超声心动图和激光多普勒血流测量中，观察到一系列与临床昏厥相关的表现型，包括心输出量减少、脑灌注不足、瞳孔散大和眼球滚动。

此外，大规模Neuropixels脑记录和基于机器学习的模型显示，这种操作会引起大范围内分布式神经元群体的活动抑制，而这不能通过自发行为动作的变化来解释。文章还发现，双向操作脑室周围区域会产生推-拉效应，抑制导致更长的昏厥期，激活则引起觉醒。最后，通过消融NPY2R VSNs，BJR被特异性地废除。

作者认为，这种神经通路是理解昏厥的关键，而不是长期观察到的昏厥是由大脑血流量减少引起的。研究报告的合著者、加州大学圣地亚哥分校的神经科学家Vineet Augustine说:“血流量会减少，但与此同时，大脑中有专门的回路来控制这一点。”

加州大学洛杉矶分校的心脏病专家Kalyanam Shivkumar说:“对这些途径的研究可能会激发出治疗晕厥心脏原因的新方法。”

长期以来，控制人们如何以及为什么会晕倒的机制一直困扰着科学家，部分原因是研究人员倾向于单独研究心脏或大脑。但这项研究的作者开发了新的工具来展示这两个系统是如何相互作用的。

通过对结节神经节(迷走神经中的一个区域，连接大脑和包括心脏在内的几个器官)的单细胞RNA测序分析，研究小组发现了一组感觉神经元，它们表达一种受体，参与血管内小肌肉的收缩，导致它们收缩。

这些神经元被称为NPY2R VSNs，与连接肺部或肠道的迷走神经的其他分支不同。相反，它们在心脏较低的肌肉部分——心室——形成分支，并连接到脑干中一个被称为后脑区的独特区域。

利用一种结合高分辨率超声成像和光遗传学的新技术，研究人员刺激小鼠的NPY2R VSNs，同时监测它们的心率、血压、呼吸和眼球运动。这种方法使研究小组能够操纵特定的神经元，并实时观察心脏。“这在以前是不可能的，因为你需要弄清楚这些神经元的身份，”Augustine说。

当NPY2R vsn被激活时，自由活动的小鼠在几秒钟内就晕倒了。在昏厥期间，小鼠表现出与人类相似的症状，包括瞳孔迅速扩张、眼窝向后翻动、心率、血压、呼吸频率和流向大脑的血流量降低。

荷兰莱顿大学医学中心的临床神经学家Jan Gert van Dijk说:“我们现在知道，心脏中有受体，当它们被激发时，就会关闭心脏。”

人类晕厥后通常会迅速恢复。“大脑中的神经元非常像被宠坏的孩子。它们需要氧气和糖，而且现在就需要。如果你从氧气或葡萄糖中获取它们，它们很快就会停止工作。”

这些神经细胞在缺氧约2至5分钟后开始死亡，但晕厥通常只持续20至40秒。Dijk说:“如果你再次添加氧气，它们就会重新开始工作，而且速度一样快。”

为了更好地了解晕厥期间大脑内部发生了什么，研究人员使用电极记录了小鼠大脑不同区域数千个神经元的活动。他们发现，除了下丘脑中一个被称为PVC的特定区域外，大脑所有区域的活动都减少了。

当作者抑制/阻断PVC的活动时，小鼠经历了更长时间的昏厥发作，而其刺激使动物醒来并重新开始活动。研究小组认为，包括NPY2R VSNs和PVC在内的协调神经网络调节昏厥和随后的快速恢复。

Augustine说:“对于心脏病专家几十年来一直在问的问题，现在你可以从神经科学的角度来真正了解神经系统是如何控制心脏的。”

综上所述，这篇文章从生理、行为和神经网络层面，研究了一种基因定义的心脏反射，这种反射再现了人类昏厥的特性。这些研究结果对于理解和治疗与BJR反射和昏厥相关的神经疾病具有重要的意义。下一个大问题是研究这些神经元如何被触发。

Vagal sensory neurons mediate the Bezold–Jarisch reflex and induce syncope