本研究开发了一种突破性的活体成像方法，首次实现了对活体小鼠胃部肠道神经系统（ENS）活动的细胞分辨率长期观测。通过在腹部壁植入定制化的光学窗口，并结合 ENS 特异性标记技术，研究人员成功克服了胃部位置深、受呼吸心跳干扰大等技术难题，实现了对胃及结肠肌间神经丛（MP）的稳定钙成像记录。该研究系统探讨了迷走神经刺激（VNS）对胃与结肠不同区段 ENS 活动及运动功能的调控机制，发现迷走神经刺激频率与胃窦部肌间神经元激活程度、胃排空速率呈正相关，而对近端结肠的神经激活则无频率依赖性且不引起结肠运动。这一技术为深入理解“脑-肠轴”交互提供了重要工具。

本重要发现由Longjie Jiang, Jie Yang, Xiujuan Gao, Jiangfeng Huang, Qian Liu & Ling Fu共同完成，研究成果以《In vivo imaging of vagal-induced myenteric plexus responses in gastrointestinal tract with an optical window》为题在Nature Communications上发表。

重要发现
01光学窗口设计与活体成像突破
研究团队设计了一种钛合金光学窗口系统，由窗口槽和可替换的胃部或肠道支架组成，总重约0.7克，具有良好的生物相容性和机械稳定性。窗口结构包含三个槽道：第一槽用于固定直径12毫米的盖玻片，便于更换；第二槽植入腹壁肌肉与皮肤层并缝合固定；第三槽与胃支架耦合，为胃窦部提供支撑。

配合外部固定平台，该窗口有效抑制了呼吸和心跳引起的组织运动伪影，使小鼠在术后可长期存活（最长31天），并支持同一胃部区域的连续观测长达14天。通过重组腺相关病毒（rAAV）注射标记ENS神经元，结合双通道共聚焦成像系统（488 nm与561 nm激光），研究人员实现了对胃肌间神经丛神经元（绿色）和血管网络（红色）的同时动态记录。

线性回归分析进一步确认，刺激频率与钙信号变化（R²=0.78）、激活神经元比例（R²=0.57）及组织运动幅度（R²=0.66）均存在显著正相关。这一发现提示高频VNS可通过募集更多胃肌间神经元增强胃动力。

创新与亮点
01突破上消化道活体成像技术瓶颈
本研究首次实现了对活体小鼠胃部ENS的细胞分辨率长期成像，解决了胃部位于肋骨下、受肝脏覆盖、容积变化大以及运动伪影强等历史性难题。光学窗口与稳定平台的结合，使胃部组织在成像过程中的位移误差显著降低，为高精度生理研究奠定了基础。

02多模态光学成像与功能分析结合
通过rAAV介导的GCaMP6s钙指示剂表达，研究在2帧/秒的采样率下成功捕获了迷走神经刺激引发的ENS动态响应。双通道共聚焦系统同步记录神经元活动与血管结构，支持了神经-血管耦合分析。该方法还可拓展至小肠、盲肠和结肠成像，实现了全消化道ENS观测的技术统一。

总结与展望
本研究通过开发一种新型光学窗口技术，成功实现了对活体小鼠胃及肠道ENS活动的长期、稳定观测，揭示了迷走神经刺激在胃与结肠中的差异化调控机制。该技术突破了上消化道活体成像的局限，为肠道神经系统研究提供了从结构到功能的全方位分析平台。未来，可进一步结合高速钙成像、光遗传学调控及特异性神经元标记技术，解析迷走神经传入与传出通路在胃肠动力中的独立作用。这一成像平台有望推动神经胃肠病学、代谢调控及脑-肠轴相关疾病研究迈向更高时空精度的新阶段。

DOI:10.1038/s41467-024-52397-0.