在哺乳動(dòng)物中，頸動(dòng)脈體是響應(yīng)急性缺氧而驅(qū)動(dòng)呼吸、交感神經(jīng)活動(dòng)和血壓的主要氧傳感器。因此與控制呼吸的腦干神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)不同，在沒有頸動(dòng)脈體的情況下，主要受急性缺氧抑制，交感神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)必須強(qiáng)烈興奮。然而，中央交感神經(jīng)氧傳感器的分子和細(xì)胞特性在很大程度上尚未得到解決。一些研究已經(jīng)確定了下丘腦和腦干中的缺氧興奮細(xì)胞，包括孤束核(NTS)和延髓腹外側(cè)(RVLM)。雖然氧傳感機(jī)制尚未完全解決，但它們可能涉及星形膠質(zhì)細(xì)胞、血紅素加氧酶(H2O)、Nap通道和/或腺苷5‘-單磷酸活化蛋白激酶。然而，腦干和下丘腦中氧傳感器的存在并不排除脊髓也對(duì)氧敏感的可能性。利用人工原位灌注和整塊制劑來(lái)克服先前體內(nèi)研究的局限性。我們確認(rèn)脊髓交感神經(jīng)節(jié)前神經(jīng)元對(duì)氧敏感，并描述了確定其敏感性、關(guān)鍵功能、細(xì)胞特性和機(jī)制的實(shí)驗(yàn)。利用人工原位灌注和整塊制劑來(lái)克服先前體內(nèi)研究的局限性。本研究確認(rèn)了脊髓交感神經(jīng)節(jié)前神經(jīng)元對(duì)氧敏感，并描述了確定其敏感性、關(guān)鍵功能、細(xì)胞特性和機(jī)制的實(shí)驗(yàn)。

Unisense微電極系統(tǒng)的應(yīng)用

首先對(duì)實(shí)驗(yàn)老鼠使用了原位雙灌注制劑。小鼠在去腦、迷走神經(jīng)切斷和去內(nèi)臟的準(zhǔn)備中，包括腦干、頸椎和胸脊髓在內(nèi)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)通過(guò)降主動(dòng)脈逆行灌注。通過(guò)頸總動(dòng)脈用單獨(dú)的管線灌注頸動(dòng)脈體。手術(shù)后這種原位腦干-脊髓準(zhǔn)備物被固定在背側(cè)，顱骨和小腦被移除以暴露第四腦室。Uniesne的Clark型PO2微電極（尖端直徑為25μm，以減少組織損傷；時(shí)間常數(shù)小于1秒）和極譜放大器（Unisense）用于腦干的可達(dá)性來(lái)原位測(cè)量CNS組織PO2測(cè)試。降低微電極直至尖端接觸到老鼠第四腦室表面，微電極用來(lái)穿透組織的深度為100um，然后將微電極的尖端帶到400到800微米的深度，獲得氧分壓濃度。整體切片組織PO2使用Clark型PO2微電極（unisense）。在每組實(shí)驗(yàn)之前和之后在用于灌注的相同組成的鹽水中校準(zhǔn)氧氣微電極。降低微電極直到尖端接觸切片表面，在失去與灌注液湍流相關(guān)的P O 2波動(dòng)時(shí)識(shí)別。然后將微電極尖端降低到組織中100μm的深度。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

研究揭示了新的分子和細(xì)胞機(jī)制，這些機(jī)制具有足夠的敏感性和功效，有助于大腦的主要氧氣防御機(jī)制。因此SOS可能有助于支持自私大腦假說(shuō)，該假說(shuō)假設(shè)交感神經(jīng)活動(dòng)增加和由此產(chǎn)生的高血壓的主要作用是維持足夠的腦血管灌注。研究數(shù)據(jù)強(qiáng)烈表明SSPN作為氧傳感器。SSPN非常適合這項(xiàng)任務(wù)：它們對(duì)氧高度敏感，是任何中樞交感神經(jīng)中繼中最直接和最不依賴突觸的，并且?guī)缀踔渖眢w的每個(gè)末端器官和血管。

圖1、脊髓的氧敏感性保持在原位。(A和B)雙灌注原位制備，頸動(dòng)脈體和中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)（腦干和脊髓）隔室獨(dú)立灌注，證明灌注PO2和CNS組織之間的關(guān)系磷。使用Clark型極譜微電極（尖端直徑，<25μm）測(cè)量腦干中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)組織氧合，而中央灌注液的氧合從570到60-torr PO2逐漸降低（PCO2保持在40 torr）以5分鐘步進(jìn)遞減。頸動(dòng)脈體灌注液始終保持恒定。隨著CNS的PO2進(jìn)入生理范圍，當(dāng)CNS的PO2嚴(yán)重缺氧時(shí)。(C)顏色編碼框總結(jié)了灌注液PO2和平均(μ)組織PO2之間的關(guān)系.(D和E)原位胸脊髓準(zhǔn)備證明g-SNA和(B)中建立的組織PO 2之間的關(guān)系.g-SNA標(biāo)準(zhǔn)化為50托的組織PO 2近似于體內(nèi)CNS常氧。(F)g-SNA反應(yīng)在存在神經(jīng)節(jié)阻滯劑六甲銨(100μM)的情況下在原位脊髓制備中持續(xù)存在，這表明氧敏感性不依賴于交感神經(jīng)鏈內(nèi)的突觸連接。

圖2、新生兒在原位灌注的胸脊髓和整塊橫向胸脊髓切片制劑中對(duì)缺氧的交感神經(jīng)反應(yīng)。(A)記錄新生兒(P2)g-SNA在單次灌注胸脊髓原位制備中對(duì)缺氧的反應(yīng)（左上角示意圖）。減少灌注液PO2會(huì)增加g-SN活性。方框：顏色編碼說(shuō)明了以托為單位的灌注液P O 2。曲線下的幅度和/或面積表示活動(dòng)水平。(B)使用Clark型微電極的IML組織P O 2測(cè)量，尖端低于組織表面100μm，對(duì)側(cè)腹神經(jīng)記錄來(lái)自整塊橫向胸脊髓切片制備（左上角示意圖）。作為組織PO2在14種制劑中的8種中，腹神經(jīng)活動(dòng)減少，腹神經(jīng)活動(dòng)增加。P O 2閾值響應(yīng)（如上定義）發(fā)生在140±121托（n=8）。（C）整體制劑中的單個(gè)IML SSPN（全細(xì)胞）和腹根神經(jīng)活動(dòng)（T2）。在1分鐘的峰值響應(yīng)期間，發(fā)射率增加了3.67±1.32峰值/秒（n=8)。在TTX中，缺氧使神經(jīng)元去極化3.1±0.98 mV（重復(fù)測(cè)量單向ANOVA；基線與缺氧，P=0.03；缺氧與沖洗，P=0.01；n=10）但對(duì)膜電阻沒有影響（1049±29兆歐；重復(fù)測(cè)量單向方差分析，P=0.5；n=10)。

圖3、NOS1在SOS中的作用。(A)大鼠胸脊髓IML中NOS1的過(guò)氧化物酶免疫組化。（B和C）小鼠胸脊髓中NOS1（紅色）和ChAT（綠色）的雙熒光免疫組化。(D)合并NOS1和聊天標(biāo)記。IML（虛線方塊）在底部面板中被放大。（E到H）框：顏色編碼說(shuō)明灌注液的PO2。左：大鼠原位胸脊髓制劑中g(shù)-SNA對(duì)缺氧的反應(yīng)（見示意圖）。在1分鐘間隔內(nèi)測(cè)量低氧反應(yīng)（灌注液和組織PO 2，分別為100和~6 torr）和藥物效應(yīng)，反應(yīng)最大，分別以橙色和灰色表示。右：分組數(shù)據(jù)。(F)L-NNA、NOS1阻斷劑；(G)L-精氨酸，NOS1激動(dòng)劑；(H)SNP，不依賴NOS的NO供體。

圖4、NOX和ROS在SOS中的作用。方框顏色編碼說(shuō)明了以torr為單位的灌注液PO2。左：大鼠原位胸脊髓制劑中g(shù)-SNA對(duì)缺氧的反應(yīng)（見示意圖）。在1分鐘間隔內(nèi)測(cè)量低氧反應(yīng)（灌注液和組織PO2，分別為100和~6 torr）和藥物效應(yīng)，分別以橙色和灰色表示。右：分組數(shù)據(jù)。A夾竹桃麻素、NOX抑制劑；(B)釓、NOX激動(dòng)劑；(C)MnTMPyP，SOD模擬物；(D)H2O2,活性氧。

圖5、SOS氧傳感機(jī)制模型。兩種酶NOS1（神經(jīng)元NOS）和NOX2競(jìng)爭(zhēng)共同底物NADPH。NOS1在IML中非常豐富，并作為PO2依賴的NADPH。當(dāng)PO2下降時(shí)，NADPH可用性增加，增加NOX2活性并產(chǎn)生超氧化物(·O2)和H2O2。ROS激活包括TRPA1和TRPM4在內(nèi)的多種受體，增加細(xì)胞內(nèi)鈣和SSPN活性。該模型意味著需要剩余量的氧氣來(lái)維持NOX產(chǎn)生ROS和SOS響應(yīng)；即使組織P O 2為零保持，SOS失敗。

結(jié)論與展望

血液氧合減少（低氧血癥），哺乳動(dòng)物會(huì)產(chǎn)生心肺反應(yīng)，增加重要器官的氧氣。頸動(dòng)脈體是呼吸的主要氧化學(xué)感受器，但交感神經(jīng)介導(dǎo)的心血管對(duì)缺氧的反應(yīng)持續(xù)存在，這表明存在額外的高保真氧傳感器。本論文研究表明脊髓胸交感神經(jīng)節(jié)前神經(jīng)元因缺氧而興奮并因高氧而沉默，與周圍的星形膠質(zhì)細(xì)胞無(wú)關(guān)。這些脊髓氧傳感器(SOS)增強(qiáng)了由CNS窒息樣刺激引起的交感呼吸活動(dòng)，表明它們具有生死攸關(guān)的優(yōu)勢(shì)。數(shù)據(jù)表明SOS使用的機(jī)制涉及神經(jīng)元一氧化氮合酶1(NOS1)和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶(NOX)。研究人員建議NOS1作為高氧中NADPH的氧依賴性水槽。在缺氧情況下，NOS1對(duì)NADPH的分解代謝減少，增加了NADPH對(duì)NOX的可用性，并啟動(dòng)了活性氧依賴性過(guò)程，包括瞬時(shí)受體電位通道激活。配備這種機(jī)制，SOS可能對(duì)慢性疾病、脊髓損傷和心肺危象的生理調(diào)節(jié)具有廣泛的重要性。