当一口水顺着错误的管道进入健康人的肺部就会引发难以抑制的咳嗽反应。这是因为他们的上呼吸道感觉到了水，并迅速向大脑发出信号。同样的，当胃酸反流到喉咙时，胃酸反流（acid reflux）患者也会产生同样的咳嗽反射。
如今，在一项新的研究中，来自美国加州大学旧金山分校的研究人员确定了引发这些反应的罕见细胞类型。
研究者们详尽阐述了一种名为喉部及气管神经内分泌细胞的独特细胞群体，它们如何感知上呼吸道中的水分或酸性物质，并通过释放化学信使来传达这一信息，进而激活通向大脑的神经路径。这一研究有望深化人们对咳嗽反射随衰老和疾病进程减弱的理解，同时有助于制定预防肺炎或治疗特定类型慢性咳嗽的干预措施。
相关研究结果发表在2024年4月19日的Science期刊上，论文标题为“Neuroendocrine cells initiate protective upper airway reflexes”。
论文共同通讯作者、加州大学旧金山分校生理学教授兼系主任David Julius博士说，“这项研究不仅让我们深入了解了我们的身体如何以这种令人深感惊讶的方式保护我们的呼吸道，而且还让我们更广泛地了解了内部器官是如何充当外界的守门人的。”
神经内分泌细胞遍布呼吸系统和消化系统，具有双重功能：像内分泌细胞一样产生和释放激素，像神经元一样发送和接收电信息。
细胞对水和酸做出反应
论文共同通讯作者、Julius斯实验室博士后Laura Seeholzer说，“我们对这些细胞在肺部的作用有所了解，但对上气道却一无所知。直到我们在喉部发现了一些罕见的神经内分泌肿瘤病例，才意识到它们的存在。”
Seeholzer成功研发出一种方法，用于从小鼠的肺部、喉部、上气管和下气管中分离出微小且稀有的神经内分泌细胞，并细致描绘了这些不同细胞群体的分子特征。她研究了每个细胞中哪些基因处于活跃状态，以及何种刺激能促使这些细胞释放化学信号。实验结果显示，气管中的神经内分泌细胞虽不对压力变化作出反应，但却对水和酸性物质高度敏感并随之释放信号。
图片来自Science, 2024, doi:10.1126/science.adh5483
在从小鼠分离的组织样本中，Seeholzer进一步验证了这些神经内分泌细胞如何直接与通往大脑的感觉神经元交流信息。在活体小鼠实验中，激活这些细胞确实引发了吞咽和咳嗽等关键的保护性反射。相反，当小鼠体内完全缺失这些神经内分泌细胞时，它们对呼吸道内水分的存在并无明显反应。
Julius博士强调：“我们真正关注的是这些细胞的具体运作机理。此前无人发现这些细胞与感觉神经元之间的互动，我们想要追踪整条信息传递链。”
针对慢性咳嗽的潜在治疗方法
Seeholzer说，这些新发现表明喉和气管神经内分泌细胞类似于味蕾或耳毛；它们本身不是神经细胞，但与向大脑发送感觉信息的神经相连。
Seeholzer说，“如果你有过吸水或胃酸倒流的经历，你就会知道这两种情况都非常痛苦；你会立即咳嗽、咽口水并试图清理呼吸道。如今，我们更好地理解了身体是如何触发这种反应的。”
随着年龄的增长，所谓的咳嗽反射往往会变得不那么敏感，这使得老年人以及患有某些疾病的人更容易将液体吸入肺部并引发肺炎。对神经内分泌细胞与咳嗽反射之间关系的新理解，未来可能催生提高敏感度及防止吸入液体的方法，甚至可能针对与胃酸逆流相关的慢性咳嗽提供潜在的治疗手段。
Seeholzer说，“还需要开展更多的研究工作，才能更好地了解这些神经内分泌细胞是如何随着疾病、吸烟或衰老而发生潜在变化的。”她正在与加州大学旧金山分校的临床医生合作开展下一阶段的研究。
参考资料：
Laura F. Seeholzer et al. Neuroendocrine cells initiate protective upper airway reflexes. Science, 2024, doi:10.1126/science.adh5483.
What Makes You Cough When Something Goes Down the Wrong Pipe?

https://www.ucsf.edu/news/2024/04/427431/what-makes-you-cough-when-something-goes-down-wrong-pipe
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