我们身体的各个器官无需意识参与就能协调运行，以保证我们的日常生活。从心跳的节奏到胃肠的蠕动，这一切都归功于自主神经系统的默默工作。2024年11月27日，加州理工学院Yuki Oka课题组在国际顶级期刊《自然》（Nature）杂志上发表的突破性研究，“Organ-specific Sympathetic Innervation Defines Visceral Functions”，首次揭示了交感神经系统的细胞多样性，存在着专门针对不同内脏器官的神经元群，它们特异性地调控生理功能。这一研究成果不仅为大脑与身体的信号交流提供了新视角，还为相关疾病的靶向诊断和治疗打开了新的大门。此研究第一作者为加州理工学院五年级博士生王童彤，本科毕业于南开大学生物伯苓班。
自主神经系统分为交感和副交感两个体系，当面对紧急情况，交感神经系统会立即优先分配能量给更重要的机体功能，同时暂停诸如消化这样的次要功能，以应对生存危机，俗称“战斗或逃跑” （Fight or Flight）反应。另一方面，副交感神经系统主导“休息与消化” （Rest and Digest）反应，与交感神经系统功能相反。“教科书上对于自主神经系统调控身体机能的认知还非常基础，传统上，我们认为交感神经系统广泛一致地影响全身内脏器官，包括心肺、血管、胃肠道、肝脏、肾脏等，”研究人员说，“但我们发现实际上有分子上非常多样的交感神经元群专门负责不同的器官功能“。
图1 本研究总结示意图此项研究聚焦于腹部交感神经系统中的腹腔-上肠系膜神经节（celiac-superior mesenteric ganglia, CG-SMG），通过结合分子、细胞和系统水平的实验手段，揭示了交感神经系统模块化调控内脏功能的核心机制。研究团队首先进行了单细胞转录组测序和空间转录组实验，鉴定出了分子水平上独特的多种神经元群体，它们在基因表达水平上表现出显著的差异，其中至少有两类不重合的神经元群。进一步，研究团队运用转基因小鼠进行遗传示踪实验，发现这两类神经元的轴突投射互补：一类负责支配消化道，另一类则作用于胰腺和胆管等分泌器官。
图2 CG-SMG两类神经元群分别投射到不同的内脏器官为了探索这些神经元的具体功能，研究团队采用了光遗传学和化学遗传学技术，通过精确激活特定神经元群体，观察其对靶器官功能的影响。由于许多内脏功能都缺乏在体测量手段，研究团队开发了新的检测方法。例如，他们与加州理工学院的Wei Gao教授实验室合作，开发了一种能实时、精确检测胆汁分泌微小变化的微流控装置。实验结果显示，激活连接至肝脏和胰腺的神经元群抑制了胆汁分泌并促进了胰高血糖素的释放，而另一类投射至胃肠道的神经元群显著抑制胃肠自主运动。
本研究发现的交感神经系统的模块化结构，意味着身体可以精确调控每个器官的活动，高效地应对复杂的生理需求。例如，当我们进食时，身体需要无缝地协调消化、营养吸收和废物排出。发现不同的神经元群体独立管理这些任务，显示了一个高度组织化的系统，在不同功能模块之间灵活分配资源，而不是采取“一刀切”的应激模式。了解神经元类群的多样性和其具体功能，大大加深了我们关于机体在面临复杂环境时如何维持平衡稳态这一重要问题的理解。
除了对神经生物学和生理学机制的阐释，这项研究还为疾病治疗提供了重要启示。自主神经功能紊乱，如高血压、胃肠运动障碍和代谢综合征，往往涉及交感神经的过度或异常活动。这种模块化神经调控的概念还可以推广到其他系统，如肾脏和心血管系统，为治疗肾性高血压和慢性心衰提供新的靶点。通过识别交感神经系统的功能分区，未来的研究可以开发针对特定神经群体的精准干预手段，从而最大限度地减少副作用。
除了外界威胁性压力外，诸如低血糖、消极情绪等其他内部生理压力也会激活交感神经系统。近年来，神经生物学领域从对脑的研究拓展到对外周神经系统的研究，科研人员们发现大脑与机体的交流密不可分。未来，科学家们需要更深入地研究这些复杂的脑-体信号通路。
