孤束核Phox2b神经元参与呼吸调控的研究

Congenital central hypoventilation syndrome (CCHS) is a disorder characterized by the absence of adequate autonomic control of respiration and the main cause is closely related to Phox2b gene mutation leading to idiopathic deficiency of central respiratory chemoreceptors. Therefore unveiling the mechanism underlying respiratory control by Phox2b-expressing neurons of central chemoreceptors will definitely contribute to clinical significance. Phox2b is expressed afferent pathway of respiratory reflex circuits including NTS and Phox2b-expressing neurons are thought to regulate breathing through chemosensitive responses, however it remains unanswered whether the NTS Phox2b-expressing neurons are involved in respiratory control and what mechanism underpins neuronal chemosensitivity. To address these issues, this project seeks to test whether photostimulation of Phox2b-expressing neurons of the NTS in Phox2b-eGFP-Jx99 mice can affect respiratory drive, to test characterization of Phox2b-expressing neurons' chemosensitivity and their biochemical phenotype, to test if Task-2 and/or Kv12.1 currents are the basis for chemosensitivity of NTS Phox2b-expressing neurons. The results to be obtained will be expected to demonstrate reliable and valuable evidence contributing to providing novel pathogenic clues of CCHS and molecular and genetic therapy strategies.

先天性中枢性低通气综合征（CCHS）是一种严重的呼吸自主控制障碍综合征，其病因可能与Phox2b基因突变所致呼吸中枢化学感受器的原发性缺陷有关，因此探讨中枢化学感受器Phox2b神经元调控呼吸运动的机制具有重要的临床意义。Phox2b表达在包括孤束核在内的呼吸反射传入通路上，且研究表明Phox2b神经元通过其化学敏感性反应参与呼吸反射，但这类神经元在孤束核是否参与呼吸调控以及化学敏感性反应的机制还未见报道。为回答这些问题，本研究首先观察选择性刺激Phox2b-eGFP-Jx99转基因小鼠孤束核Phox2b神经元是否驱动呼吸运动；其次观察离体条件下Phox2b神经元的化学敏感性反应特征以及这类细胞的生物化学表型；最后观察Task-2和/或Kv12.1电流是否为Phox2b神经元化学敏感性的离子基础。研究结果将为CCHS及呼吸调控异常性疾病提供新的病因线索以及分子和基因水平的治疗思路。

先天性中枢性低通气综合征（CCHS）是一种少见的睡眠呼吸障碍性疾病，其病因与Phox2b 基因突变密切相关。在中枢神经系统内，Phox2b主要表达在斜方体后核和孤束核等参与循环和呼吸调控的神经元上。我们近期的研究表明，斜方体后核的Phox2b神经元具有内在的pH敏感性，参与中枢呼吸化学感受器反射。本课题进一步拓展了这些研究，观察了孤束核Phox2b神经元是否参与呼吸调控，以及这类神经元pH敏感性的分子机制。研究发现：应用光遗传学方法选择性刺激麻醉小鼠孤束核Phox2b神经元能增强中枢性呼吸驱动；应用化学遗传学方法刺激清醒小鼠Phox2b神经元增加基础肺通气；慢性破坏这类神经元可抑制中枢呼吸化学感受器反射。在离体脑片上或游离状态时，Phox2b神经元一个亚群的放电活动呈pH依赖性，提示这类细胞的化学敏感性是一种不依赖于突触传递或旁分泌的内在特性。电生理研究表明，TASK-2和Kv12.1通道并未参与Phox2b神经元的pH敏感性，而是由一种背景钾通道介导。总之，孤束核Phox2b神经元具有中枢呼吸化学感受器的功能，通过为呼吸节律中枢提供兴奋性驱动来参与呼吸调控。这些发现丰富了中枢呼吸化学感受器理论，也为CCHS 及其它睡眠呼吸障碍疾病提供了有价值的病因线索和分子水平的治疗方向。