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Sci. Adv. | 山东大学孙晋浩团队揭秘:胃部炎症如何被大脑“铭记”?Hcn1依赖性PVN印迹神经元是关键!

发布时间:2026-05-29 13:39:53

胃炎除幽门螺杆菌感染、药物刺激等局部因素外,脑-免疫双向调控及心理应激是关键诱因。临床发现幽门螺杆菌根除后胃炎仍复发,提示中枢存在炎症记忆(中枢炎症敏化),但具体机制未知;下丘脑室旁核(PVN)作为神经内分泌与自主神经整合中枢,其在胃炎调控中的作用此前未明确。

2026年5月15日,山东大学基础医学院孙晋浩团队在《Science Advances》期刊上发表题为Hcn1-dependent engram neurons in the PVN encode gastric inflammatory sensitization的研究论文,该研究聚焦大脑调控胃炎的中枢神经机制,揭示PVN Fos阳性神经元(FosPVN神经元)、离子通道Hcn1与应激-胃炎关联的核心作用,为慢性炎症疾病提供新靶点。

 
 

盐酸/乙醇诱导胃炎模型中FosPVN神经元的激活

在盐酸/乙醇诱导小鼠胃炎模型中,造模3小时后胃黏膜出现严重出血、细胞结构紊乱(图1A–D),同时胃组织IL‑1β、TNF‑α水平显著升高(图1E)。研究采用Fos-CreERT2×Rosa‑TdT小鼠,通过4‑OHT诱导Cre重组酶入核,永久标记特定时间窗内激活的神经元(图1F),并结合胃壁注射伪狂犬病病毒PRV‑CAG‑EGFP进行逆行多突触示踪(图1G)。全脑成像显示,EGFP与Fos‑TdT阳性神经元在多个脑区共定位,其中PVN共定位率最高,丘脑底旁核(PSTh)次之(图1H、I);c‑Fos免疫荧光证实,胃炎诱导的神经元激活在PVN最显著,PSTh次之(图1J、K)。综上,胃炎可选择性激活PVN和PSTh神经元,且部分神经元直接或间接支配胃壁。

图1. FosPVN神经元在胃炎模型中被特异性激活

 

 

FosPVN神经元在胃炎中的功能作用及激活机制

为探究胃炎对PVN神经元的调控作用,向小鼠PVN注射GCaMP6s并进行光纤钙成像(图2A)发现,胃炎造模3小时后PVN神经元钙信号振幅与频率显著升高(图2B–D),提示胃炎可增强PVN神经元活性。利用Tet-Off系统标记胃炎激活的FosPVN神经元并介导其表达化学遗传元件(图2E–F),抑制胃炎激活的FosPVN神经元可明显降低PVN中Fos表达并缓解胃黏膜炎症(图2G–L),光遗传抑制实验进一步证实抑制该群神经元可改善胃黏膜炎症损伤(图2M–Q);抑制FosPSTh神经元抗炎作用微弱。

图2. FosPVN神经元调控胃炎

 

 

FosPVN神经元调控胃炎的机制

免疫荧光显示,FosPVN神经元主要为促肾上腺皮质激素释放激素(CRH)阳性神经元;胃炎诱导后PVN内CRH表达显著上调,血浆皮质酮水平明显升高(图3A-C),腹腔注射CRH受体拮抗剂安他拉敏可显著减轻胃部炎症(图3D–G),提示FosPVN神经元可通过下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴调控胃炎。电生理记录显示,胃炎小鼠支配胃部的神经放电频率显著升高(图3H、I)。胃壁逆行示踪及免疫组化证实,主要标记为迷走神经背核(DMV)胆碱能神经元(图3J、K);PVN中胃炎激活的Fos+神经元轴突末梢与胃壁逆行示踪信号在DMV中共定位(图3L、M),解剖学证实存在FosPVN–DMV–胃神经环路。为验证环路功能连接,研究将AAV-DIO-ChR2-GFP与Fos-CreERT2病毒混合注射至PVN、DMV埋置光纤(图3N),经胃炎诱导与4-OHT标记后,光刺激DMV内FosPVN轴突末梢,ChR2组胃壁神经放电频率显著升高(图3O、P),证实环路存在功能连接;条件性位置厌恶(CPA)实验显示,光激活FosPVN神经元可诱导小鼠环境厌恶(图3Q、R),提示其参与负性情绪调控。

图3. FosPVN神经元通过HPA轴调控胃炎及FosPVN-DMV环路的验证

 

进一步验证FosPVN‑DMV环路在胃炎中的作用,光遗传抑制DMV内FosPVN轴突末梢可减轻胃部炎症、降低胃神经放电频率,且不影响皮质酮水平(图4A–H);激活该末梢则可诱发轻度胃炎、增强胃神经活动,同样不改变皮质酮与血清炎症因子水平(图4I–O)。综上,FosPVN神经元通过FosPVN–DMV–胃神经环路与HPA轴两条通路共同调控胃炎。

图4. FosPVN神经元通过FosPVN‑DMV环路调控胃炎

 

 

反复激活FosPVN神经元可诱发慢性胃炎

为探究FosPVN神经元持续异常激活对慢性胃炎的影响,向小鼠双侧PVN注射rAAV‑F‑RAM‑d2tTA‑hM3Dq‑mCherry,表达2周后诱导胃炎并标记激活的Fos阳性神经元,恢复期3周后,第2-5天腹腔注射CNO或生理盐水(图5A)。生理盐水组PVN的Fos阳性神经元在胃炎后快速消退(24h少量表达,48h基本消失),而CNO激活FosPVN神经元后可长期维持高表达(48h、96h仍大量表达)(图5B、C)。实验组胃壁结构紊乱、炎症因子、皮质酮及胃神经放电显著升高,且各时间点(48h、96h)无明显差异(图5D–I),提示FosPVN神经元激活主要启动炎症反应,而非延缓恢复。在胃炎完全消退后,对激活组FosPVN神经元连续5天光遗传激活,结果显示激活组胃壁细胞排列紊乱、炎症因子升高,胃神经放电增强,而血清炎症因子无明显变化(图5J-O)。综上,反复激活FosPVN神经元可特异性诱发持续性慢性胃炎,其调控作用主要通过局部炎症反应实现,而非全身炎症介导。

图5.反复激活FosPVN神经元可诱发慢性炎症

 

 

snRNA‑seq鉴定Hcn1为FosPVN神经元的关键调控因子

研究对对照组和胃炎组小鼠PVN组织进行单细胞核RNA测序(snRNA‑seq)(图6A),将PVN神经元分为15个亚群,分离Fos阳性神经元后再分为13个亚群(图6B、C);热图显示各亚群标记基因(图6D),两组亚群比例存在明显差异(图6E),差异基因参与多种生物学调控。差异表达前30位基因中,Hcn1与CRH在胃炎组显著上调(图6F),且Hcn1在CRH神经元中的共定位比例由对照组38%升至53%(图6G、H)。

图6.snRNA‑seq分析鉴定出差异表达基因 Hcn1

 

免疫荧光证实,胃炎组Hcn1表达及Hcn1‑CRH共定位均显著升高(图7A–D);PVN内注射Hcn1抑制剂RO‑275后(图7E),胃炎明显缓解(图7F–I),血浆皮质酮、胃神经放电、PVN内Fos表达及钙活性均显著降低(图7J–Q)。综上,Hcn1是调控FosPVN神经元活性的关键分子。

图7. Hcn1是FosPVN神经元的关键调控因子

 

 

应激通过FosPVN神经元加重胃炎

研究采用水浸束缚应激(RS)模型验证应激对胃炎的作用(图8A)。结果显示,RS小鼠出现焦虑样行为,胃黏膜出血、细胞排列紊乱,胃部炎症因子、皮质酮水平及胃神经放电均显著升高,PVN神经元明显激活(图8B–J)。利用Fos-CreERT2×Rosa-TdT小鼠结合胃壁PRV逆行跨突触示踪发现,RS可显著激活FosPVN神经元并增强其向胃壁的投射数量(图8K–M)。

图8. RS诱导PVN神经元激活

 

对比应激与胃炎激活的神经元重叠度情况,结果显示水浸束缚应激与社交挫败应激(SDS)均可重激活约80%的胃炎相关FosPVN神经元(图9A–D),提示心理应激可重激活胃炎编码环路。在应激中抑制FosPVN神经元可减轻胃部炎症(图9E–I);免疫荧光显示应激小鼠Hcn1表达上调(图9J–K);PVN靶向抑制Hcn可缓解应激诱发的胃炎,并降低皮质酮、胃神经放电(图9L–R)。综上,水浸束缚应激通过激活FosPVN神经元加重胃部炎症。

图9. 应激通过激活FosPVN神经元加重胃炎

 

 

总    结

本研究系统阐明了FosPVN神经元可通过HPA轴神经内分泌通路与PVN– DMV–胃神经环路双向调控胃炎,其慢性激活可诱发炎症敏化、推动胃炎慢性进展,Hcn1是其核心调控分子,且心理应激可重激活该神经元加重炎症。本研究为中枢调控胃部炎症的机制研究及慢性胃炎靶向治疗提供了新依据与新思路。

 

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