咳嗽是呼吸系统疾病的常见症状，其中慢性咳嗽患者约占三分之一。慢性咳嗽患者常伴咳嗽高敏综合征，可被低气道刺激诱发咳嗽反射，导致失眠、焦虑、抑郁等精神疾病。对于部分咳嗽高敏患者，外周用药难以治疗其症状，表明中枢神经系统参与咳嗽高敏的发生发展，但机制未明。因此，解析调控咳嗽敏感性及介导咳嗽高敏的中枢神经机制，有助于缓解慢性咳嗽患者的痛苦。
过去研究发现，中脑外侧/腹外侧导水管周围灰质 （lateral/ventrolateral periaqueductal gray, l/vlPAG）在躯体感觉及多种呼吸功能中扮演重要角色，但是l/vlPAG是否参与以及如何咳嗽敏感性，尚未可知。
2021年12月16日，呼吸疾病国家重点实验室刘明哲/赖克方课题组携手上海市第一人民医院穆迪课题组在iScience杂志上发表了题为“A descending pathway emanating from the periaqueductal gray mediates the development of cough hypersensitivity”的文章。
研究团队系统深入的揭示了中枢神经系统介导咳嗽高敏发生发展的细胞、环路机制，为慢性咳嗽的临床疗法提供有力支持。
首先，研究团队巧妙地结合体描计与一个小麦克风，同时检测体描计箱体气流与声音信号，建立了小鼠的咳嗽检测模型。他们成功记录到小鼠咳嗽反射的特殊波形，与小鼠喷嚏反射的波形和频率均不相同。为证实他们记录到的反射信号为咳嗽而非喷嚏，他们对小鼠实施了神经切断术。
解剖学研究表明，迷走神经特异性介导咳嗽信号，而筛前神经特异性介导喷嚏信号。他们发现，单侧迷走神经切断（双侧切断会致死）后，柠檬酸、辣椒素诱发的咳嗽反射显著减少；筛前神经切断后，记录到的咳嗽反射数目无明显差异（图1），表明检测到的信号为咳嗽反射。
图1 小鼠咳嗽模型的建立建立小鼠咳嗽检测范式之后，作者采用免疫荧光及化学遗传学方法，发现l/vlPAG参与小鼠咳嗽敏感性的调控。
l/vlPAG神经元可被柠檬酸、辣椒素诱发的咳嗽行为激活；激活l/vlPAG神经元后，多种引咳剂诱发的咳嗽行为显著减少，而小鼠的运动能力无显著改变（图2），表明减少的咳嗽行为并非为下降的运动能力引起，而是由降低的咳嗽敏感性所致。
图2 整体激活l/vlPAG神经元抑制咳嗽为探究l/vlPAG神经元抑制咳嗽的细胞机制，作者引入Vgat-Cre小鼠，发现l/vlPAG一类神经亚群——γ-氨基丁酸（GABA）能神经元抑制咳嗽。激活此类神经元减少小鼠咳嗽行为，抑制此类神经元促进咳嗽反射，且均不影响小鼠的运动能力（图3）。
图3 操控l/vlPAG GABA能神经元对小鼠咳嗽敏感性的影响然后，研究团队进一步研究l/vlPAG GABA能神经元如何调控咳嗽敏感性，既此类神经元发挥其功能的环路机制。过去研究发现，孤束核（nucleus of the solitary tract, NTS）接受迷走神经的直接投射，在咳嗽调控过程中起重要作用，且NTS接受l/vlPAG投射（图4 A-D）。
为证实l/vlPAG-NTS环路的存在，研究团队采用了顺向、逆向神经示踪方法，发现l/vlPAG神经元在NTS位置存在突触末梢。为进一步探究其功能性连接，他们结合光遗传学与膜片钳电生理手段，发现l/vlPAG与NTS主要形成抑制性突触联系，且此联系为单突触联系（图4 E-L）。
图4 l/vlPAG与NTS形成突触联系证实l/vlPAG-NTS环路存在后，研究团队探究此环路的功能。他们结合逆向标记AAV、化学遗传学与行为学手段，发现投射到NTS的l/vlPAG GABA能神经元抑制咳嗽。激活此类神经元减少咳嗽反射，抑制此类神经元增加咳嗽行为，且不影响运动能力（图5）。
图5 操控投射到NTS的l/vlPAG GABA能神经元对小鼠咳嗽敏感性的影响在研究l/vlPAG-NTS环路对急性咳嗽的调控之后，研究团队对l/vlPAG-NTS环路是否参与慢性咳嗽开展进一步探究。他们建立了小鼠咳嗽高敏模型，发现咳嗽高敏小鼠中，l/vlPAG-NTS抑制性突触强度显著降低，且NTS神经活性提升（图6 A-I）。
在建立小鼠咳嗽高敏模型过程中抑制NTS神经元，可显著缓解咳嗽高敏症状（图6 J-Q），表明l/vlPAG-NTS环路的去抑制效应可能为介导咳嗽高敏发生发展的重要诱因。
图6 咳嗽高敏模型小鼠中l/vlPAG-NTS抑制性投射减弱总 结
该研究首次建立小鼠的咳嗽检测模型及咳嗽高敏模型，首次揭示中枢调控咳嗽敏感性与介导慢性咳嗽的细胞、环路机制，为咳嗽领域的神经机制及其它方面研究提供有力基础，也为临床治疗慢性咳嗽提供大力支持。
该研究由广州医科大学附属第一医院/呼吸疾病国家重点实验室与上海交通大学医学院/上海市第一人民医院合作完成，刘明哲博士后、赖克方教授与穆迪研究员为该论文的共同通讯作者，陈哲博士后与研究生林明通为该论文共同第一作者，课题组的詹晨也做出了重要贡献，该论文得到钟南山院士的大力协助。本工作得到国家自然基金委、广东省钟南山医学基金会等项目的资助。
