内脏感觉通路介导平衡反射功能障碍会导致许多神经系统疾病。贝-亚反射（BJR）^[1]首次记录是在1867年，这是一种心脏抑制反射，推测是由迷走神经的感觉神经元（VSN）^[2]介导，也会引发晕厥。然而，人们对心脏VSN的分子特征、解剖组织、生理特征和行为影响仍然知之甚少。在这里，我们利用单细胞RNA测序^[3]数据和HYBRiD^[4]组织清除技术显示，表达神经肽Y受体Y2（NPY2R）^[5]的VSN主要连接心室壁和后膜区。光遗传激活NPY2R VSN会引起经典的三联BJR反应——低血压、心动过缓和呼吸抑制，并导致动物昏厥。在高分辨率超声心动图和激光多普勒血流测量中的光刺激^[6]显示了临床晕厥中反映出的一系列表型，包括心输出量减少、脑灌注不足、瞳孔放大和翻白眼。大规模的Neuropixels^[7]大脑记录和基于机器学习的模型显示，这种操作会导致大量分布式神经元群的活动受到抑制，这不能用自发行为运动的变化来解释。此外，对脑室周围区的双向操作具有推拉效应，抑制会导致更长的晕厥期和激活诱发觉醒。最后，消减NPY2R VSN能特异性地消除BJR。综上所述，这些结果证明了一种基因定义的心脏反射，它在生理、行为和神经网络水平上再现了人类晕厥的特征。

图1：刺激脑干NPY2R VSN可诱发晕厥。
a，NPY2R VSN的顺行示踪^[8]示意图。
b，NPY2R-Cre^[9]小鼠的结节神经节中gCOMET标记的神经元（n=4）。
c，AP和NTS中NPY2R VSN的纤维分布（绿色）（n=4）。
d，左图，HYBRiD清除的心脏，显示心室和心房中的NPY2R VSN终末。右图，纤维分布的数量（n=4，P=0.0108）。
e，心脏和肺部NPY2R VSN的逆行示踪示意图。
f，心脏（绿色）和肺部（红色，n=5）逆行标记的VSN。
g，重叠数量（n=5，心脏/重叠P=0.0198；肺部/重叠P=0.0254）。
h，i，心脏神经（绿色）和肺部神经（红色）NPY2R VSN 的空间投影模式（h）和数量（i，n=5，P=0.0079）。R，右图；L，左图。
j，逆向标记的心脏和肺部的NPY2R VSN终末。箭头表示肺部终末。(n=5)。
k，AP中NPY2R VSN终末的光遗传刺激脑电图制备示意图。
l，对自由移动的小鼠进行光刺激（20Hz），会导致它们摔倒并无法移动。
m，功率是利用脑电图记录的小波绘制的，并与基线归一化。从亮灯试验中减去关灯试验期间的平均功率。图中标出了功率明显下降（蓝底黑边）或上升（红色带黑白虚线边框）的区域。观察到功率急剧下降（50%）（红框，宽度表示潜伏期的范围），这表示晕厥（8只小鼠共12次）。H，高；L，低。
n，上图，阶梯图显示NPY2R-ChR2小鼠（n=6）和对照组NPY2R-tdTomato (tdT) 小鼠（n=4）第一次活动的潜伏期。底部，阶梯图显示功率下降50%的潜伏期（n=8）。*P<0.05，**P < 0.01，采用?idák多重比较或双向重复测量方差分析（ANOVA）或采用Tukey多重比较的Geisser-Greenhouse校正重复测量方差分析。
所有误差条均为平均值± s.e.m. 比例尺，100μm（b、c、d（心室和心房），f、h、j（下四层））或500μm（d（整个心脏），j（上六层））。

注：

[1] Bezold–Jarisch reflex，BJR，是一种心血管抑制性反射，可导致严重的心动过缓、低血压和外周血管舒张，诊治不及时将影响患者临床转归。虽然贝-亚反射是血管迷走神经性晕厥的主要机制，但是很多中枢神经系统递质也极可能发挥作用。这些递质包括5-羟色胺、腺苷和阿片类物质（即麻醉中常给的药物）。更多信息可参考《Bezold-Jarisch反射的研究进展》和《血管迷走神经性晕厥（part1）【每周一问】NO.54》以及《Bezold-Jarisch反射的研究进展》。

[2] vagal sensory neurons，VSN，迷走神经的感觉神经元，能够将来自各个身体系统以及器官的信号，如怦然心动时的心跳加速，大快朵颐后的胃肠蠕动，喘息未定间的呼吸急促，甚至免疫，分泌以及情绪等信息，传递给大脑，大脑则高度准确地整合这些信息并作出特异性的反应以维持身体的稳态，这一过程对生命体的生存至关重要。迷走神经是行程最长、分布范围最广的脑神经，其感觉神经分为一般躯体感觉纤维和一般内脏感觉纤维两类。更多信息可参考《脑神经（第Ⅴ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ、Ⅺ、Ⅻ对神经）》和《自然：常瑞/张乐首次揭示迷走神经内感受系统多维度编码信息的架构》。

[3] RNA-sequencing，RNA-seq，RNA测序，是一款可用于研究和/或定量两个或多个条件下基因表达的实验技术。RNA测序自诞生起就应用于分子生物学，帮助理解各个层面的基因功能。现在的RNA测序更常用于分析差异基因（DGE, differential gene expression），而从得到差异基因表达矩阵。更多信息可参考《关于RNA-seq的介绍：第一章 RNA-seq入门》和《Nature重磅综述 |关于RNA-seq，你想知道的都在这》。

[4] HYBRiD，Scripps研究中心的研究人员推出的一种新的组织透明化方法，可以使大型生物样本透明。这种方法使研究人员更容易可视化和研究跨多个器官系统发生的健康和疾病相关的生物过程。改研究团队于2022年在《Nature Methods》上发表了一篇论文“HYBRiD: hydrogel-reinforced DISCO for clearing mammalian bodies”（《基于水凝胶的使器官透明化的三维成像溶剂DISCO》），并将该方法命名为HYBRiD。更多信息可参考《Nature Methods | HYBRiD：透明化大型生物样本兼容免疫荧光成像》。

[5] neuropeptide?Y receptor Y2，NPY2R，神经肽Y受体Y2。神经肽Y（neuropeptide Y，NPY），全名神经肽酪氨酸，是广泛存在于中枢神经系统中的由36个氨基酸组成的酪氨酸。它和多肽YY以及胰多肽一样，都属于胰多肽家族。在中枢神经系统内，NPY在海马组织内浓度最高。在海马中，NPY主要由γ-氨基丁酸能中间神经元产生，起到抑制兴奋性氨基酸的传递、降低神经元兴奋性的作用。其次它还分布于大脑皮层、下丘脑、丘脑、脑干及小脑等处，与癫痫、学习、记忆、摄食和内分泌都有着密切关系。神经肽Y受体Y2基因编码的蛋白可启动肽YY受体活性，参与多个过程，包括细胞通讯负调控、神经系统过程调控和分泌调控。位于质膜，是质膜的组成部分。用于研究儿童失神性癫痫和精神抑郁。肥胖症的生物标志物。该基因的人类同源物与亨廷顿氏病、病态肥胖症和肥胖症有关。更多介绍可参考《NPY2R - neuropeptide Y receptor Y2 Gene》和《神经肽Y在中枢神经系统中的作用》。

[6] Photostimulation，光刺激。在经典的神经生物学实验中，激活一个神经细胞大致有两种方法：物理的和化学的。物理的方法就是电刺激，例如将金属电极放在神经细胞旁边，改变细胞外电场，从而激活细胞；化学的方法，就是施加神经递质类的小分子，或者作用于细胞受体的药物。而光遗传学提供了一个全新的方法，就是直接用光来准时刻、准位点地刺激细胞。人类的眼睛实际上是一个光信号-生物电的光电转换系统，在眼睛的感光细胞中，要将光信号转换为使细胞电生理兴奋状态的改变，需要十几个蛋白协同工作；但是光遗传学中，只需要一个光敏蛋白（例如光敏通道channel rhodopsin，ChR2），就可以使细胞兴奋。更多信息可参考《光遗传学：一项注定要得诺贝尔奖的技术》。

[7] Neuropixels，神经电极，神经探针。Neuropixels不是一家公司，而是一个开源的项目，由加州理工学院（Caltech）的生物医学工程师Timothy Harris领导的研究小组开发。Neuropixels项目的主要目标是开发一种高效、精确和高密度的神经元活动记录工具，以帮助神经科学家更好地了解大脑的功能和疾病机理。创始人Tim Harris等人最初是在比利时微电子研究中心（IMEC）进行了Neuropixels电极的制造。IMEC是一家欧洲领先的半导体和纳米技术研究机构，其微纳加工技术非常先进。在2014年至2016年期间，Tim Harris和他的团队与IMEC合作，利用IMEC的微纳加工技术制造了Neuropixels电极的早期版本。更多信息可参考《植入式神经电极-NeuroPixels》和《精准医疗先行者(4) -- Imec [一]高密度神经探针Neuropixels》。

[8] anterograde tracing，顺行示踪。为了了解大脑中神经元的连接方式，描绘神经环路的精细结构并认知其功能，通过可以特异性标记细胞种类、传导方向可控、可视化的示踪工具，实现对神经环路网络的精确认识和研究。利用神经示踪工具实现对神经环路的精确标记，主要涉及两大基本问题即方向性（顺向、逆向）和是否跨突触。顺向(Anterograde)是由注射部位的神经元胞体经轴突下行至末梢，逆向(Retrograde)是由轴突末梢传到细胞体；顺向跨突触是从胞体传到轴突末梢后跨过突触传递至下一级神经元，逆向跨突触跟顺向跨突触相反，是由胞体逆向跨突触传递至上一级神经元的轴突。更多信息可参考《知识分享‖神经环路示踪技术的发展历程》。

[9] NPY2R-Cre，在基因编辑实验中，Cre表达是一种常用的基因操作技术。Cre是一种酶，它可以识别和切割DNA中特定的序列（称为LoxP位点），从而删除、转座或激活基因。可以将Cre理解为一种基因开关，根据研究需要，借助Cre在某一特定时间打开或关闭某个基因的表达。更多信息可参考《基因后的Cre+及Cre-分别代表什么含义？》和《基因的时间开关——CreERT系统》。

BMEN202311180003
来源：Nature
标题： Vagal sensory neurons mediate the Bezold–Jarisch reflex and induce syncope