Science打破常规认识：一种罕见的细胞类型以令人惊讶的方式保护我们的气道

加州大学旧金山分校研究人员的这项新工作可能有助于预防肺炎或治疗某些类型的慢性咳嗽。

当一口水顺着错误的管道进入健康人的肺部而不是肠道时，他们就会开始无法控制地咳嗽。这是因为人体的上呼吸道能感觉到水，并迅速向大脑发出信号。当胃酸到达喉咙时，胃酸反流患者也会产生同样的咳嗽反射。

现在，加州大学旧金山分校的科学家们已经确定了一种罕见的细胞类型，负责启动这些反应。在2024年4月19日发表在《科学》杂志上的一项研究中，他们详细介绍了这些被称为喉部和气管神经内分泌细胞（laryngeal and tracheal neuroendocrine cells）的细胞是如何感知上呼吸道中的水或酸的，并通过释放化学信使来传递信息，这些化学信使会激活通往大脑的神经。

这项研究有助于更好地理解这些咳嗽反射是如何随着年龄和疾病而减弱的，或者有助于预防肺炎或治疗某些类型的慢性咳嗽的干预措施。

“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惊讶的方式保护我们的气道，而且更广泛地了解了内部器官如何充当外部世界的守门人，”新论文的资深作者、加州大学旧金山分校生理学教授兼主席、2021年诺贝尔生理学或医学奖得主David Julius博士说。

神经内分泌(NE)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子信息。

细胞对水和酸做出反应

“我们知道这些细胞在肺部的作用，但不知道上呼吸道的作用，我们之所以知道它们存在于喉部，是因为有些人在喉部患上了非常罕见的神经内分泌肿瘤。”实验室博士后Laura Seeholzer博士说。

Seeholzer开发了从肺部、喉部和上下气管中分离出微小且非常罕见的NE细胞的方法，并描述了不同细胞群的分子细节。她研究了每个细胞中活跃的基因，以及什么刺激导致细胞释放化学信号。她发现，与肺部的NE细胞不同，气管和喉部的NE细胞对压力变化没有反应。但气道NE细胞确实释放了对水和酸的反应信号。

在小鼠的分离组织中，Seeholzer还证明了NE细胞如何将这些信息直接传递给通向大脑的感觉神经元。然后，她证明激活活小鼠的NE细胞会使动物吞咽和咳嗽，这是保护我们肺部的重要反射。另一方面，当小鼠完全缺乏NE细胞时，动物对气道中的水没有反应。

“我们真的很想知道这些细胞的工作细节，以前没有人证明这些细胞与感觉神经元对话，我们想追踪整个信息轨迹。”

慢性咳嗽的潜在治疗方法

Seeholzer说，新的发现表明喉部和气管的NE细胞类似于味蕾或耳毛：它们本身不是神经细胞，但它们与向大脑发送感觉信息的神经相连。

“如果你曾经有过吸水或胃酸反流的经历，你就会知道这两种情况都非常痛苦;你会立即咳嗽和呕吐，并试图清理你的呼吸道，现在我们更好地了解了身体是如何触发这种反应的。”

随着年龄的增长，所谓的咳嗽反射通常会变得不那么敏感，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，从而患上肺炎。对NE细胞如何与咳嗽反射相关的新认识可能最终导致增加敏感性和防止这种吸痰的方法。针对这些细胞也可以治疗一些人与胃酸反流相关的慢性咳嗽。

Seeholzer说:“需要做更多的工作来更好地了解新神经细胞是如何随着疾病、吸烟或衰老而发生变化的。”她正在与加州大学旧金山分校的临床医生合作进行下一阶段的研究。