咳嗽是呼吸道门诊患者最常见的症状，其中三分之一是慢性咳嗽患者。咳嗽会反过来导致慢性咳嗽患者的咳嗽过敏、抑郁、焦虑或失眠。慢性咳嗽被广泛认为是一种咳嗽超敏综合征，其特征是对低强度气道刺激做出反应。
此前的研究表明，咳嗽超敏反应可能由外周神经系统和中枢神经系统介导。然而，关于调节咳嗽敏感性的中枢细胞和回路机制知之甚少。本篇文献由呼吸疾病国家重点实验室刘明哲/赖克方课题组携手上海市第一人民医院穆迪课题组在iScience杂志上发表，揭示了高敏感型咳嗽发生的部分机制。
最近，功能磁共振成像(MRI)研究发现了几个可能调节咳嗽敏感性的大脑区域。当暴露于喷雾剂辣椒素时，咳嗽过敏患者表现出外侧/腹外侧导水管周围灰质(l/vlPAG)和孤束核(NTS)的神经活动升高。
此外，已经发现l/vlPAG参与控制呼吸功能，电刺激导水管周围灰质可减少咳嗽反射。已有研究表明，l/vlPAG亚群对瘙痒和疼痛至关重要，在一定程度上其的解剖学基础和分子机制类似于咳嗽的处理过程。l/vlPAG GABA能神经元的激活会抑制瘙痒，但会促进疼痛行为，而抑制这些神经元会导致瘙痒增强和疼痛行为减少，这表明这些神经元在控制瘙痒处理和促进疼痛处理中发挥作用。
此外，l/vlPAG谷氨酸能神经元的激活会导致瘙痒行为的增加和疼痛行为的减少，而抑制这些神经元则会缓解瘙痒行为并增强疼痛行为。最近的一项研究表明，l/vlPAG tachykinin 1表达的神经元(l/vlPAG谷氨酸能神经元的一个亚群)促进瘙痒信号的处理，而不是疼痛信号的处理，这表明l/vPAG谷氨酸能神经元在调节躯体感觉过程中发挥复杂的作用。然而，尚不清楚l/vlPAG中的神经元亚群是否调节咳嗽敏感性，以及如何调控咳嗽敏感性。
除了l/vlPAG, NTS也可能参与调节咳嗽敏感性。NTS接收结节感觉神经元的投射，这些神经元主要支配肺内气道。许多研究已经开始研究NTS在调节咳嗽敏感性中的功能作用。有几项研究报告称，NTS中的神经元被气道刺激诱导的咳嗽反射激活。已有研究表明，一些止咳药通过抑制NTS神经元来抑制咳嗽行为。
此外，通过微注射药物激活或解除对NTS神经元的抑制会促进咳嗽处理。我们最近的研究进一步证明，NTS中的神经元高度兴奋性可能与慢性咳嗽有关。NTS神经元接收来自气道的投射，并将投射发送到许多与感觉相关的大脑区域，包括蓝斑区、丘脑和杏仁核。考虑到NTS能够接收l/vlPAG神经元的投射，仍需确定l/vlPAG-NTS通路是否调节咳嗽的敏感性。
以往的大多数研究都将豚鼠作为监测咳嗽反射的动物模型。然而，由于缺乏表达细胞类型特异性CRE -重组酶的转基因豚鼠模型，许多新的有用的工具，如药物遗传学、光遗传学纤维光度测定等，难以在豚鼠上使用。
为了利用这些有用的技术来研究更多的细胞和神经机制，以调节咳嗽敏感性，研究者在自由运动的小鼠中开发了一个类似咳嗽的模型。使用BUXCO小动物呼吸肺功能测量系统监测小鼠咳嗽样反应；柠檬酸(CA)和辣椒素是最广泛使用的引发咳嗽反射的咳嗽药物，通过喷雾器将雾化CA或辣椒素溶液，小鼠表现出由这两种咳嗽剂引起的类似咳嗽的反应；全身体积描记系统(WBP)监测咳嗽反应以及平静呼吸反应；鉴于咳嗽信号是由颈迷走神经支配的气道和肺部发起的，而打喷嚏信号是由筛前神经支配的鼻粘膜发起的，为了确认监测到的类似咳嗽的呼吸模式是咳嗽，而不是打喷嚏，我们对未受感染的小鼠进行了单侧颈椎迷走神经切断术(UCV)或筛前神经（AEN）横切。发现辣椒素诱发的咳嗽样反应数量显著减少，而横切AEN后的咳嗽样反应数量没有变化。表明这些反应是由颈迷走神经而不是AEN介导的咳嗽。
小鼠吸入柠檬酸或辣椒素可以引起l/vlPAG兴奋，该l/vlPAG神经元的兴奋可以降低小鼠的咳嗽敏感性而不影响小鼠的运动功能；
▉ 3. l/vlPAG中γ-氨基丁酸（GABA）能神经元在咳嗽敏感性中的作用
为了验证GABA能神经元在咳嗽敏感性中的作用，分别予实验组小鼠于脑部l/vlPAG双侧注射AAV-DIO-hM3Dq-mCherry，对照组小鼠相同部位双侧注射AAV-DIO-mCherry。结果发现，l/vlPAG中GABA能神经元兴奋可以明显抑制由柠檬酸或辣椒素引起的咳嗽反应并且能够调节咳嗽的敏感性，且不会影响小鼠的运动功能。
▉ 4、从l/vlPAG神经元到孤束核（NTS）神经元
为了验证l/vlPAG神经元可以投射于NTS，在野生型小鼠l/vlPAG区双侧注射AAV- hSyn -EGFP，可以发现NTS中EGFP表达；而在NTS双侧注射AAV212-retro-hSyn-Cre，l/vlPAG区能够发现大量tdtomato神经元出现。结果表明，l/vlPAG神经元可以投射于NTS，并且这种投射呈抑制性、单突触型，证明l/vlPAG神经元可以调控小鼠咳嗽的敏感性。
▉ 5、在咳嗽敏感型小鼠中l/vlPAG神经元与NTS神经元之间的关系
为了证明l/vlPAG GABA能神经元到NTS神经元投射系统可以减轻小鼠咳嗽样行为，团队利用逆行标记技术结合重组酶系统进行验证。结果表明，l/vlPAG神经元与NTS神经元之间的抑制性投射系统可以明显减轻小鼠的咳嗽敏感性，并在调节小鼠咳嗽敏感性中发挥重要作用。
为了评估l/vlPAG-NTS环路在慢性咳嗽中的可能机制，团队利用14天反复柠檬酸气到诱导过敏型咳嗽小鼠模型，并利用电生理切片结合光遗传对GABA能神经元在l/vlPAG-NTS投射系统中的变化进行评估。结果表明，在过敏型小鼠咳嗽模型中，GABA能 l/ vlPAG-NTS轴突的递质释放概率较低，说明GABA能突触强度明显减弱，进而NTS神经元抑制控制减弱，最终导致慢性咳嗽。即在过敏型咳嗽小鼠模型中存在NTS神经元的兴奋。
▉ 结论
l/vlPAG神经元的兴奋抑制了小鼠的咳嗽样行为，NTS神经元的兴奋促进了小鼠的咳嗽样行为。总之，l/ vlPAG-NTS神经环路在介导高度敏感性咳嗽中起重要作用，并且可能成为难治性咳嗽和不明原因慢性咳嗽治疗的潜在中心治疗靶点。
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