气道保护化学反射的神经传递新机制：通道突触的关键作用

《Cell》：Channel synapse mediates neurotransmission of airway protective chemoreflexes

慢性咳嗽等气道保护反射机制不明，临床需求未满足。京都府立医科大学等机构研究人员开展 “Channel synapse mediates neurotransmission of airway protective chemoreflexes” 研究。发现咽喉 Pou2f3+化学感觉细胞（PCCs）经通道突触与迷走神经元通讯，触发吞咽和咳嗽反射，还介导过敏超敏反应，为气道疾病治疗提供新方向。

　　在人体的咽喉部位，呼吸道和消化道交汇，这里有着至关重要的生理功能。咽喉就像一个精密的 “卫士”，能通过吞咽和咳嗽等反射，保护气道免受异物的侵害。然而，目前对于这些反射的具体机制，科学家们还没有完全弄清楚。以慢性咳嗽为例，它影响着全球约 10% 的人口，是一种让人十分困扰的疾病。很多患者的咳嗽难以解释，常规治疗效果不佳，这凸显了我们在咳嗽机制理解上的不足。此外，吞咽过程中的化学感觉机制也有待进一步探索。在这样的背景下，京都府立医科大学、理化学研究所综合医学科学中心等机构的研究人员开展了深入研究，相关成果发表在《Cell》杂志上。
研究人员运用了多种技术方法来揭开气道保护反射的神秘面纱。其中，单细胞转录组学技术被用于分析细胞的基因表达情况，帮助研究人员了解不同细胞的特征和功能。3D-CLEM 技术则让研究人员能够观察细胞和神经之间的微观结构，为研究通道突触的存在提供了直观的证据。此外，研究中还用到了基因敲除小鼠模型，通过对比正常小鼠和基因敲除小鼠的差异，明确特定基因在反射过程中的作用。
研究结果如下：

1. 咽喉 PCCs 形成通道突触：研究人员通过一系列实验，包括筛选器官中 CALHM1/3 双报告基因小鼠的共表达细胞、观察神经纤维与 PCCs 的接触等，发现咽喉中的 PCCs 能与迷走神经元形成通道突触。在这个过程中，他们还利用 3D-CLEM 技术观察到细胞与神经接触部位的特殊结构，进一步证实了通道突触的存在。并且，通过体内全神经记录和光遗传学实验，验证了 PCCs 与迷走神经之间的信号传递依赖于 CALHM1/3 通道突触。
2. 下咽 II 型味觉细胞的功能：对下咽味蕾进行单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）发现，下咽 II 型味觉细胞与舌味蕾有相似之处，表达 Calhm1、Calhm3 等基因。这些细胞能对 T2R 激动剂产生反应，引发吞咽反射。研究人员通过监测化学刺激下的吞咽行为、光遗传学激活 PCCs 等实验，证实了下咽 II 型味觉细胞在吞咽反射中的关键作用，且该反射依赖于 TRPM5 和通道突触。
3. 喉部簇状细胞的功能：对喉部上皮进行 scRNA-seq 分析，发现喉部存在一种特殊的 Pou2f3⁺簇状细胞（PCCs），其中 Tuft5 亚类表达 Calhm1、Calhm3 和 T2r 等基因，具有化学感受和 ATP 释放能力。功能实验表明，这些细胞能对 T2R 配体产生反应，参与咳嗽样反射。在小鼠和豚鼠实验中，研究人员通过监测呼吸和肌肉活动等指标，验证了喉部簇状细胞在咳嗽样反射中的重要作用。
4. 喉部簇状细胞与过敏超敏反应：研究发现，暴露于气传过敏原会增强喉部对 T2R 刺激的反应性，而 CALHM3 依赖的途径在其中起到关键作用。给小鼠注射霉菌气传过敏原后，咳嗽样反射对 T2R 刺激的反应明显增强，且这种反应在 Calhm3 基因敲除小鼠中消失，表明喉部簇状细胞参与了过敏超敏反应。
   在结论和讨论部分，研究人员指出，他们发现了下咽和喉部的特殊上皮细胞作为化学感觉终末器官，负责吞咽和咳嗽样反射。这些细胞利用 T2Rs、TRPM5 和 CALHM1/3 通道突触进行化学感觉、细胞内信号传导和神经传递。这一发现揭示了气道保护程序的新机制，为理解气道疾病的病理生理学提供了新的视角。此外，研究还表明，喉部簇状细胞可能是咳嗽反射的另一个起始位点，这对于开发针对慢性咳嗽等气道疾病的治疗方法具有重要意义。目前，针对慢性咳嗽的治疗选择有限，而该研究为寻找更有效的治疗靶点提供了方向，有望推动个性化、更安全的咳嗽治疗方案的发展。