下丘脑室旁核内Hcn1依赖的印迹神经元编码胃部炎症敏化

大脑能够编码外周炎症信号，但其调控胃部炎症的具体机制尚不明确。本研究发现，下丘脑室旁核（paraventricular nucleus of the hypothalamus, PVN）中Fos阳性神经元（FosPVN）通过PVN–迷走神经背核（dorsal motor nucleus of the vagus, DMV）–胃神经环路以及下丘脑–垂体–肾上腺（hypothalamic-pituitary-adrenal, HPA）轴调控胃炎。通过活动依赖性遗传标记、化学遗传学与光遗传学技术，研究人员证实FosPVN神经元在胃炎进展中不可或缺，且可被应激激活从而驱动慢性炎症。单核RNA测序（single-nucleus RNA sequencing, snRNA-seq）显示，在胃炎期间FosPVN神经元中超级化激活的环核苷酸门控通道1（hyperpolarization-activated cyclic nucleotide–gated channel 1, Hcn1）表达上调。抑制Hcn1可降低神经元兴奋性并改善胃部病理。重要的是，反复激活FosPVN神经元会形成特定的“炎症敏化”，导致疾病持续存在，而应激则可通过这些FosPVN神经元加剧胃部炎症。这些发现阐明了编码胃部炎症的中枢神经机制，并指出Hcn1可作为慢性炎症性疾病神经调控治疗的潜在靶点。

一、研究背景与问题

胃炎作为一种常见的胃肠道疾病，其发病机制长期被认为与幽门螺杆菌感染、药物刺激或自身免疫因素有关。然而，临床观察显示，部分患者在成功根除幽门螺杆菌后仍出现胃炎症状复发，提示除局部因素外，可能存在系统性调控机制的参与。近年来，神经免疫学的发展强调了脑‑免疫双向通讯是理解炎症性疾病的关键框架。大脑可通过迷走神经等途径接收来自外周器官的免疫相关信号，并协调对免疫挑战的应答。例如，外周细胞因子可通过迷走神经激活孤束核，进而调控炎症反应。此外，有研究提示，岛叶皮层可存储结肠炎相关的免疫信息，其再激活可触发炎症，这挑战了传统的“免疫记忆仅存在于外周”的观点，并引入了“中枢炎症敏化”的概念。然而，大脑是否以及如何编码和提取胃炎免疫信号，目前尚不清楚。

下丘脑室旁核（PVN）作为神经内分泌和自主神经整合的中枢，在应激反应和内脏调控中发挥核心作用。已有研究显示，电刺激PVN可增加应激性溃疡，其作用机制与显著降低胃粘膜血流量有关，表明PVN是调控应激诱导性胃溃疡的重要脑区。然而，PVN在胃炎中的调控机制尚未见报道。研究人员的初步追踪实验发现，在胃炎模型中PVN的Fos阳性神经元（Fos^PVN）活性增强，且其中一部分神经元间接投射至胃壁，提示PVN参与胃炎的调控，但具体机制不明。印迹神经元理论认为，特定经历会选择性地激活神经元集群，这些集群通过分子和结构可塑性形成持久记忆。然而，是否存在特定的神经元群体编码胃炎相关信息，以及这些神经元如何整合应激信号以影响炎症，仍是未知数。此外，胃炎是否改变Fos^PVN神经元的基因表达也有待阐明。单核RNA测序（snRNA-seq）技术的发展使得在单细胞分辨率上分析神经元异质性成为可能，有助于精确识别功能不同群体的分子特征。

二、研究目的与意义

本研究旨在阐明PVN，特别是其中的Fos^PVN神经元，在胃炎发生、发展及慢性化过程中的作用机制。通过整合多学科方法，揭示胃部炎症信息的中枢编码、存储和提取的神经环路基础，探索关键分子靶点，并阐明应激加剧胃炎的神经机制。该研究不仅深化了对“脑‑肠轴”在慢性炎症中作用的理解，也为以神经调控为策略治疗顽固性炎症性疾病提供了新的潜在靶点，具有重要的理论创新和临床转化意义。本研究成果发表于《SCIENCE ADVANCES》期刊。

三、主要关键技术方法

本研究运用了多种前沿技术。在动物模型上，使用盐酸/乙醇灌胃诱导小鼠急性胃炎模型，并采用水浸束缚应激和社交挫败应激模型模拟心理应激。在神经活动标记与追踪方面，利用Fos-CreER^T2× Rosa-TdT转基因小鼠配合4-羟基他莫昔芬给药，实现活动依赖性神经元永久标记；通过向胃壁注射伪狂犬病毒（PRV）或红色逆行微珠，进行跨突触或单突触逆行神经环路示踪。在功能操控与记录方面，采用化学遗传学（表达hM4Di或hM3Dq设计受体）和光遗传学（表达ChR2或NpHR）技术特异性抑制或激活Fos^PVN神经元或其通路；利用在体光纤光度法记录PVN神经元钙活动，并采用钨丝电极记录支配胃的神经放电活动。在分子与细胞分析层面，对PVN组织进行单核RNA测序以分析转录组变化；通过免疫荧光染色检测c-Fos、促肾上腺皮质激素释放激素、Hcn1等蛋白的表达与共定位。此外，还通过酶联免疫吸附试验检测胃组织和血清中的炎症因子及皮质酮水平，并进行条件性位置厌恶等行为学测试。

四、研究结果

1. Fos^PVN神经元在HCl/EtOH诱导的胃炎模型中被激活

在胃炎诱导3小时后，小鼠胃组织出现严重黏膜出血和细胞结构紊乱，胃内IL-1β和TNF-α水平显著升高。通过全脑成像和逆行跨突触示踪发现，与生理盐水对照组相比，胃炎小鼠中与胃壁有联系的Fos阳性神经元在PVN内的共定位率最高，其次是丘脑旁底核。c-Fos免疫荧光也证实，胃炎诱导的神经元激活在PVN最为显著。这表明胃炎选择性地激活了PVN和PSTh的神经元，其中一部分直接或间接投射至胃壁。

2. Fos^PVN神经元在胃炎中的功能作用与激活机制

光纤光度钙成像显示，胃炎诱导后PVN神经元的钙信号幅度和频率显著增加。化学遗传学或光遗传学抑制胃炎期间被激活的Fos^PVN神经元，可显著减轻胃部炎症，降低胃内炎症因子水平。迷走神经切断术可部分减少PVN中Fos阳性神经元数量，而腹腔注射IL-1β或TNF-α也能激活PVN神经元。这些结果表明，炎症信息通过迷走神经的神经传递和循环IL-1β/TNF-α的体液途径共同激活Fos^PVN神经元。

3. Fos^PVN神经元介导胃炎调控的机制

免疫荧光染色显示，Fos^PVN神经元主要是促肾上腺皮质激素释放激素（Corticotropin-releasing hormone, CRH）阳性神经元。胃炎诱导显著增加了PVN内CRH的表达和血清皮质酮水平。腹腔注射CRH受体拮抗剂安他拉明显减轻了胃炎，提示Fos^PVN神经元可能通过HPA轴调控胃炎。同时，神经电生理记录表明胃炎小鼠支配胃的神经放电频率增加。逆行示踪和免疫荧光证实，Fos^PVN神经元的轴突末梢与胃壁注射的逆行示踪剂在DMV共定位，解剖学上确认了Fos^PVN-DMV-胃环路的存在。光遗传学激活PVN在DMV的轴突末梢可显著增加胃神经放电频率，并诱导条件性位置厌恶，证实了该环路的功能连接。光遗传学抑制或激活该环路可相应减轻或诱发轻度胃炎，但不影响血清皮质酮水平，表明Fos^PVN神经元通过HPA轴和PVN-DMV-胃神经环路双重途径调控胃炎。

4. 反复Fos^PVN激活驱动慢性胃炎

化学遗传学反复激活Fos^PVN神经元，可在胃炎诱导后48小时和96小时仍维持PVN中大量的Fos阳性神经元，并导致持续的胃组织损伤、高炎症因子水平、高血清皮质酮和高胃神经放电频率。在胃炎完全恢复后，连续5天光遗传学再激活Fos^PVN神经元，同样可再次诱发胃部炎症。这表明反复激活Fos^PVN神经元形成了“炎症敏化”，驱动了胃炎的持续存在。

5. snRNA-seq鉴定Hcn1为Fos^PVN神经元的关键调节因子

对对照组和胃炎组小鼠的PVN进行snRNA-seq分析，共分析了131,672个细胞核。聚焦于Fos阳性神经元，发现与对照组相比，胃炎组中Hcn1和CRH基因表达显著上调。免疫荧光证实胃炎组PVN中Hcn1蛋白表达及Hcn1与CRH的共定位增加。向PVN局部注射Hcn1抑制剂RO-275，可减轻胃炎严重程度，降低血清皮质酮和胃神经放电频率，并减少PVN中Fos表达和钙活动。这确定Hcn1是调节Fos^PVN神经元兴奋性和胃炎进展的关键分子。

6. 应激通过Fos^PVN神经元加剧胃炎

水浸束缚应激可诱发小鼠焦虑样行为、胃黏膜损伤和局部炎症因子升高，并激活PVN神经元，提高血清皮质酮和胃神经放电频率。示踪实验显示，应激激活的Fos^PVN神经元与胃壁有广泛的联系。重要的是，水浸束缚应激或社交挫败应激激活的Fos^PVN神经元群体，与胃炎激活的群体有约80%的重叠。抑制胃炎期间被标记的Fos^PVN神经元，可减轻应激诱导的胃炎。应激也上调了PVN中Hcn1的表达，而抑制Hcn1同样能缓解应激引起的胃炎。这表明心理应激通过再激活胃炎的“印迹”神经元群体（部分经由Hcn1介导）来加剧胃部炎症。

五、讨论与结论总结

本研究阐明了下丘脑室旁核内Hcn1依赖的印迹神经元编码胃部炎症敏化的中枢神经机制。主要研究发现包括：（i）Fos^PVN神经元在胃炎中被强烈激活，并通过神经内分泌（HPA轴）和自主神经（PVN–DMV–胃神经环路）双重通路调控炎症；（ii）慢性Fos^PVN神经元激活会形成“炎症敏化”，驱动胃炎的持续存在；（iii）Hcn1是调节Fos^PVN神经元兴奋性和胃炎进展的关键分子决定因素；（iv）心理应激通过再激活Fos^PVN神经元来加剧胃炎。这些发现为理解大脑如何存储和提取免疫信息提供了一个框架，同时为慢性炎症性疾病的治疗确定了潜在的干预靶点。