科学家确定了两个呼吸必需的基因

纽约大学Langone医学中心的一组研究人员发现，两种基因Hoxa5和Hoxc5在建立呼吸所需的神经回路中起着关键作用。这一发现有助于推进脊髓损伤和神经退行性疾病的治疗。

发表在“自然神经科学”杂志上的这项为期三年的研究确定了一种分子代码，该代码区分了一组肌肉控制神经细胞，统称为膈神经运动柱(PMC)。

霍华德休斯医学研究所的资深作者杰里米达森教授解释说：“这些细胞位于颈后半部分，正好位于第四颈椎上方，可能是你体内最重要的运动神经元。”

伤害PMC所在的脊髓部分可以立即关闭呼吸。但是，人们对于PMC神经元与邻近神经元的区别，以及PMC神经元如何发育并将自身连接到胎儿的横膈膜的知识相对较少。PMC细胞将恒定的电化学信号流传递到它们的束状轴突上并进入膈肌，使肺部以自然的呼吸节奏扩张和放松。

“我们现在拥有一套分子标记，可以将这些细胞与其他运动神经元群体区分开来，这样我们就可以对它们进行详细研究，并寻找有选择地提高其存活率的方法，”Dasen教授说。

为了找出PMC神经元与小鼠脊髓邻居的区别，科学家们将一个逆行荧光示踪剂注入膈神经，将PMC连接到膈肌，然后寻找随着示踪剂工作方式点亮的脊髓神经元。回到PMC。他们使用在运动神经元及其轴突中表达绿色荧光蛋白(GFP)的转基因小鼠来观察膈神经。在注意到这些PMC神经元的特征性基因表达模式后，科学家们开始确定它们的特定作用。

最终，一个复杂的转基因小鼠品系揭示了两个基因，Hoxa5和Hoxc5，作为适当PMC发育的主要控制者。Hox基因-39在人体中表达 - 众所周知是动物发育的主基因调节因子。

“当Hoxa5和Hoxc5在小鼠的胚胎运动神经元中沉默时，”科学家报告说，“PMC未能形成其通常的紧密柱状组织，并且没有正确连接到横膈膜，导致新生动物无法呼吸。”

“即使你在胎儿发育晚期删除这些基因，PMC神经元群体也会下降，而膈神经也不能在膈肌上形成足够的分支，”Dasen教授说。

Dasen教授计划利用这些发现来帮助理解更广泛的呼吸电路 - 包括脑干中产生节律的神经元，这些神经元反过来对二氧化碳水平，压力和其他环境因素做出反应。“现在我们对PMC电池有所了解，我们可以通过更广泛的电路，试图找出所有这些连接的建立方式，”他说。

“一旦我们了解呼吸网络是如何接线的，我们就可以开始为睡眠呼吸暂停等呼吸障碍开发新的治疗方案，”主要作者Polyxeni Philippidou博士说。

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