文献解读：梨状皮层“脑-脾轴”介导气味诱发习得性恐惧
2026-07-17 来源:本站 点击次数:28
2026年6月12日，南京医科大学鲁明、胡刚、曹磊教授团队于《Neuron》在线发表题为“Piriform cortex gates learned fear through a brain-spleen neuroimmune axis”的原创研究论文。该研究依托新型慢性获得性嗅觉应激动物模型，整合病毒示踪、光 / 化学遗传操控、单细胞核测序、多维度行为学与免疫检测技术，完整解析了一条从梨状皮层出发、逐级传导至脾脏的四突触脑 - 脾神经免疫串联环路；明确梨状皮层 OLFM3 阳性谷氨酸能神经元是嗅觉应激信号的整合核心，其可逐级激活腹侧海马 vCA1、中央杏仁核 CeM、背侧迷走神经复合体 DVC 与脾脏交感神经，推动脾脏 Th17 细胞增殖并大量分泌 IL-17A；同时证实循环 IL-17A 可反向作用于前额叶、杏仁核等恐惧相关脑区，诱发局部神经炎症，双向放大并维持气味诱导的恐惧回避行为，鉴定 OLFM3 为该病理环路专属功能分子。该成果打通嗅觉应激驱动病理性恐惧的神经免疫双向闭环，搭建起气味创伤相关精神障碍的全新理论框架，为靶向中枢神经元或外周免疫因子开发低副作用干预手段提供了可靠实验依据。
01、研究方法
1.1 动物应激模型构建
设置两类应激小鼠模型与配套嗅觉剥夺干预手段。社会应激模型分为攻击阶段、气味威胁阶段，同步设置剔除气味刺激的对照组；在此基础上开发慢性获得性嗅觉应激（CAOS）模型，全程移除肢体攻击，仅持续暴露天敌相关气味刺激，并设置 30 天气味无威胁暴露的恐惧消退组。通过鼻腔药物处理、双侧嗅球手术切除两种方式，从外周阻断嗅觉信号输入，验证气味信号的必要性。
1.2 神经环路解剖与活体记录技术
采用双向病毒示踪体系：脾脏注射伪狂犬病毒实现逆向全脑标记，多亚型腺相关病毒完成顺行跨突触投射标记，精准定位各级神经元上下游连接。借助光纤钙成像系统，实时记录活体小鼠脑内神经元钙信号变化；离体全细胞膜片钳技术检测神经元放电特性与突触传递功能。同时配套化学遗传、光遗传工具病毒，实现通路可逆激活或靶向抑制；细胞凋亡型病毒可特异性清除目标神经元，形成多重操控验证体系。
1.3 免疫、分子与药物干预手段
外周层面开展脾脏局部病毒注射、交感神经损毁、腹腔神经节靶向操控，搭配迷走神经切断手术；使用外周 β 受体阻断剂、IL-17A 中和抗体、重组炎症因子完成药理干预。分子层面利用流式细胞术检测脾脏免疫细胞亚群比例，ELISA 检测循环炎症因子浓度；免疫荧光、RNAscope 原位杂交定位目标蛋白与基因的细胞分布；单细胞核测序筛选通路特异性差异基因，qPCR 定量脑内炎症基因表达水平。
1.4 行为学评价体系
搭建多套恐惧相关行为检测范式，包含基础恐惧回避实验、被动回避记忆实验、条件性位置回避实验、恐惧刺激泛化检测、恐惧消退检测，多维度综合评判小鼠习得性恐惧水平。所有实验数据统一采用双样本 t 检验、方差分析完成统计学比较。
02、研究内容
2.1 慢性嗅觉应激同步激活梨状皮层、诱发脾脏 Th17 扩增与恐惧行为
社会应激模型对比实验显示，仅完整包含气味威胁阶段的小鼠，才会稳定出现恐惧回避行为、脾脏 Th1 细胞亚群增殖、外周 IL-17A 升高；缺少气味刺激的实验组无上述病理改变。基于该现象建立 CAOS 纯气味模型，仅依靠天敌气味刺激即可复刻全部应激相关表型，小鼠会对创伤关联气味产生特异性回避，对中性陌生气味无恐惧反应。脑组织 c-Fos 全域扫描结果证明，梨状皮层是嗅觉应激下激活最显著的嗅觉相关脑区；时序检测发现梨状皮层神经元激活早于脾脏免疫变化、恐惧行为出现，提示梨状皮层是应激信号上游启动位点。
结论：持续的天敌嗅觉线索是激活梨状皮层、驱动脾脏免疫紊乱与习得性恐惧的必要刺激。
图1：CAOS 嗅觉应激可激活梨状皮层并诱导脾脏 Th1 扩增与恐惧行为
2.2 完整嗅觉输入与梨状皮层谷氨酸神经元是病理表型发生的必要条件
围绕嗅觉剥夺、梨状皮层神经元抑制两组干预展开验证，包含嗅觉损伤造模、钙信号记录、免疫与行为检测。鼻腔药物损毁嗅上皮、手术切除嗅球两种手段，均可显著削弱 CAOS 模型下梨状皮层神经元钙信号活动，同步逆转脾脏 Th17 扩增、外周 IL-17 升高与恐惧回避行为。针对梨状皮层兴奋性谷氨酸神经元开展化学遗传抑制、靶向细胞消融，两套独立干预方案均能完全阻断 CAOS 诱导的神经、免疫、行为异常。
结论：完整的外周嗅觉信号输入、梨状皮层谷氨酸能神经元的持续兴奋，是气味应激诱发神经免疫紊乱的两大必备前提。
图2：完整嗅觉输入、梨状皮层谷氨酸神经元是病理表型必需条件
2.3 Pir→vCA1 谷氨酸能投射环路特异性编码厌恶嗅觉应激信号
整合脾脏逆行示踪、梨状皮层顺行示踪、通路钙成像、特异性抑制相关实验，脾脏注射逆行病毒可在梨状皮层、腹侧海马 vCA1 检测到阳性神经元，顺行示踪证实梨状皮层谷氨酸神经元存在大量向 vCA1 的投射。活体钙成像、离体电生理结果显示，CAOS 气味刺激会持续性提升该通路神经元活性，而奖赏、中性气味仅造成短暂、无累积效应的通路激活，不会诱发后续免疫改变。特异性抑制或消融 Pir→vCA1 投射神经元，能够全面消除 CAOS 带来的免疫异常与恐惧行为。
结论：Pir→vCA1 谷氨酸环路专门负责传导、编码创伤相关厌恶气味信号，是连接嗅觉中枢与下游情绪、免疫调控脑区的核心一级通路。
图3：Pir-vCA1 通路特异性编码厌恶嗅觉应激信号
2.4 vCA1 谷氨酸神经元向中央杏仁核 CeA 传递应激信号，串联二级神经通路
聚焦 Pir→vCA1→CeA 二级串联环路的解剖结构与功能验证，包含双病毒跨突触示踪、神经元共定位染色、通路活性记录、化学遗传干预。跨突触示踪证明绝大多数接收梨状皮层输入的 vCA1 谷氨酸神经元，轴突均投射至中央杏仁核区域；CAOS 刺激下该通路神经元激活水平显著上升。采用三重病毒组合特异性阻断整条 Pir→vCA1→CeA 通路后，小鼠脾脏 Th17 增殖、循环 IL-17A 与恐惧行为同步恢复正常。
结论：vCA1 向 CeA 的投射是嗅觉应激信号向下游脑干传递的关键中继环节。
图4：梨状皮层 CaMKIIα+- 腹侧海马 CA1 - 中央杏仁核通路介导 Th17 扩增与恐惧回避行为
2.5 CeM 内 GABA 能神经元构成 vCA1 至脑干 DVC 的三级传导通路
解析 vCA1→CeM→DVC 三级环路细胞类型与生理功能，涵盖跨突触示踪、细胞分型染色、神经元活性记录、通路抑制实验。示踪结果显示接收 vCA1 输入的中央杏仁核内侧 CeM 神经元以 GABA 抑制性神经元为主，且该类神经元全部定向投射至脑干背侧迷走复合体 DVC。CAOS 刺激会显著提升 CeM GABA 神经元放电与钙信号水平；特异性抑制整条 vCA1→CeM→DVC 环路，可完全逆转气味应激造成的免疫与行为改变。
结论：CeM GABA 神经元承担从杏仁核向脑干传递应激指令的功能，搭建起中枢边缘系统与外周调控中枢的桥梁。
图5：Pir-vCA1-CeM 多级中枢信号中继环路解剖与功能验证
2.6 脑干 DVC 经腹腔交感神经调控脾脏，IL-17A 反向介导中枢神经炎症
外周交感神经调控、IL-17A 双向功能两大模块，包含腹腔神经节操控、脾脏交感损毁、IL-17A 中和与过表达实验。脑干 DVC 信号通过腹腔神经节交感神经元支配脾脏，交感神经释放的神经递质可促进 Th17 增殖；损毁脾脏交感纤维、抑制腹腔神经节神经元、外周阻断 β 肾上腺素受体，均可缓解应激相关表型。循环 IL-17A 可作用于前额叶、杏仁核等恐惧核心脑区，诱导局部神经炎症；体内中和 IL-17A 能够减轻恐惧，无应激小鼠外源补充 IL-17A 或脾脏过表达 IL-17A 会自发出现恐惧回避。
结论：脑干 - 脾脏交感通路驱动 IL-17A 分泌，IL-17A 作为外周信号反向放大中枢恐惧相关神经炎症，形成神经免疫双向闭环。
图6：DVC - 腹腔神经节 - 脾脏交感通路 + IL-17A 双向神经免疫调控
2.7 OLFM3 是 Pir→vCA1 通路特异性分子开关，决定通路应激响应能力
单细胞核测序、基因原位验证实验，分拣 Pir→vCA1 投射神经元完成转录组测序，筛选得到 OLFM3 为该通路神经元特异性高表达基因；原位杂交、蛋白染色证实 OLFM3 仅存在于该投射神经元，CAOS 刺激会显著上调 OLFM3 表达水平。 围绕 OLFM3 开展功能验证，病毒敲低通路内 OLFM3 会降低神经元突触兴奋性；分别通过基因干扰、OLFM3 启动子介导的化学遗传抑制两种手段干预，均可阻断 CAOS 诱导的 Th17 扩增、IL-17 释放与恐惧行为。
结论：OLFM3 是 Pir→vCA1 通路专属功能分子，通过调控突触传递放大神经元应激响应，是启动整套脑 - 脾神经免疫轴的核心分子靶点。
图7：OLFM3 为 Pir-vCA1 通路特异性分子开关及机制验证
图8：OLFM3 为 Pir-vCA1 通路特异性分子开关及机制验证
既往应激动物模型混杂物理攻击、疼痛等干扰变量，难以单独分析气味线索的独立致病作用。本研究建立标准化 CAOS 纯嗅觉应激模型，完全剔除躯体损伤干扰，仅依靠气味刺激即可稳定复刻长期习得性恐惧与全身免疫紊乱，为嗅觉相关创伤、焦虑类研究提供了单一变量可控的全新造模手段。
3.2 神经环路创新
过往脑 - 脾相关研究仅零散报道单一脑区对脾脏的调控作用，缺少完整连续传导链条。本研究依托多层级顺、逆行病毒示踪，完整解析Pir→vCA1→CeM→DVC→脾脏交感神经四突触串联环路，首次打通从嗅觉感知中枢、边缘情绪脑区、脑干中继站到外周免疫器官的完整信号传导通路，填补嗅觉神经免疫交叉领域的通路研究空白。
3.3 分子靶点创新
本研究通过单细胞转录组筛选并多重实验验证，首次定义 OLFM3 为介导创伤气味恐惧的通路特异性标志物，阐明其调控突触兴奋性、启动下游免疫级联反应的分子机制。该分子仅在病理性应激相关投射神经元表达，不参与基础嗅觉生理活动，为中枢精准靶向干预提供了特异性全新靶点。
3.4 双向调控机制创新
突破以往神经、免疫分开研究的固有思路，完整阐释一套闭环调控机制：中枢嗅觉神经环路正向驱动脾脏 Th17 增殖、IL-17A 释放；循环 IL-17A 反向入脑诱发恐惧脑区局部神经炎症，持续维持难以消退的恐惧回避行为。该双向闭环完美解释创伤相关气味易诱发长期、反复恐惧发作的临床现象。
3.5 临床转化创新
现有精神类药物多靶向中枢，存在血脑屏障穿透难度大、全身副作用明显的问题。本研究证实外周交感神经、脾脏 Th17 细胞、循环 IL-17A 均是可干预靶点，无需作用于中枢脑组织，为开发低副作用的免疫靶向疗法治疗 PTSD、广泛性焦虑障碍提供坚实理论支撑。
04、启发
4.1 科研选题思路启发
精神疾病相关研究不能局限于大脑单一中枢系统，需要建立神经、免疫、外周器官联动的整合研究思维。应激刺激存在嗅觉、躯体、听觉等不同分型，区分刺激类型、构建单一变量简化模型，能够剥离混杂干扰，精准挖掘核心致病通路，大幅提升机制研究的精准度。
4.2 实验设计逻辑启发
通路类基础研究不能仅依靠解剖示踪得出结论，示踪仅能证明物理连接，必须搭配化学遗传、光遗传、细胞消融等可逆 / 永久性操控手段，结合行为、免疫多维度表型验证，才能建立通路与病理表型的因果关系。分子研究遵循 “测序初筛 - 原位定位 - 电生理解析 - 体内功能验证” 递进逻辑，同时设置两套及以上独立干预方案互相佐证，规避单一实验手段带来的实验偏差。
4.3 临床转化研究启发
创伤后应激障碍、慢性焦虑患者普遍伴随外周低度炎症，临床可将外周 Th17 比例、血浆 IL-17A 水平作为病情严重程度、复发风险的辅助评估标志物。治疗层面可开辟外周免疫干预新思路，利用 β 受体阻断剂、IL-17A 中和抗体规避中枢药物副作用；针对气味诱发的恐慌发作，可靶向 OLFM3 相关神经元实现精准阻断，不破坏正常嗅觉生理功能。
4.4 临床诊疗认知启发
临床工作中需重视创伤关联气味对患者情绪的诱发作用，气味脱敏暴露治疗可作为恐惧消退干预的重要手段，同时搭配抗炎相关辅助干预，同步改善神经炎症与恐惧症状，提升综合干预效果。
4.5 基础领域拓展启发
嗅觉系统直接与边缘情绪脑区相连，相比视觉、听觉更易介导应激相关神经免疫紊乱，嗅觉 - 脑 - 脾神经免疫轴可拓展至抑郁、自身免疫共病、慢性应激等多个研究方向，具备广阔的后续挖掘空间。
参考文献：Yao, H., Qu, M.-Y., Du, R.-H., Zhou, Z.-Y., Geng, Y., Zhu, Z., Liu, Y., Wang, C., Hu, G., Cao, L., and Lu, M. (2026). Piriform cortex gates learned fear through a brain-spleen neuroimmune axis. Neuron,https://doi.org/10.1016/j.neuron.2026.05.023
作者介绍：
鲁明 教授：博士，博士生导师，南京医科大学研究生院副院长、教授，长期从事医学教育与药理学研究。
主要从事神经药理学研究，提出干预外周炎症实现神经退行性疾病治疗窗前移的策略。
胡刚 教授：医学博士，博士生导师，现任第十四届全国政协常委，江苏省政协副主席，民盟中央常委，民盟江苏省委会主委。
主要从事重大神经精神疾病（神经退行性疾病、脑卒中、抑郁症等）的病理机制与药物药理学研究。
曹磊 副教授：博士，硕士生导师
研究方向：帕金森病的病理机制研究与药物靶点发现。
厚谱实验室（脑体互作研究一神经药效评价）可以开展活体动物组织小分子物质取样分析、自动无接触采血生化分析、葡萄糖钳夹实验、癫病睡眠脑电采集分析、在体电生理记录分析、膜片钳、灵长类电极植入手术及教学、非人灵长类台柱植入手术及教学、大动物颅内注射实验(用于验证医疗器械，脑药实验)、电极研究方向的动物实验验证、脑机相关技术方案解决、脑机手术相关装置设计(比如电极保护接口，设备辅助植入支架等)、小动物肌电采集电极设计手术教学、大鼠脊髓损伤康复验证实验电生大动物脑机闭环设备植入和安全性验证、神经递质代谢产物活体分析、脑立体定位给药、光遗传和光纤记录、组织透明化、小动物行为学迷宫和造模等各种实验，已经与多家知名高校和科研机构完成项目申报和联合实验！
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