细菌、病毒等病原侵入动物机体引发感染时,机体会产生局部炎症反应,严重时会引起全身系统性炎症,释放大量炎症因子,如细胞因子、趋化因子。同时,免疫系统的激活能够影响神经系统,进而中枢神经系统会对机体的生理活动(免疫、内分泌、体温等)和行为(摄食、睡眠、运动、社交等)做出应激调控,使机体进入发热、厌食、嗜睡、活动下降的患病状态(sickness behavior),以更好地应对病原感染、恢复内稳态。这种神经-免疫系统的互作在机体生理和病理条件下内稳态的调控中发挥关键作用。中枢神经系统感知到炎症反应是发挥后续应激调控的关键,但感知机制以及后续的调控机制仍旧很不清楚。目前认为中枢神经系统可以通过外周传入神经、跨膜转运、感受性室周器三种途径感知机体的炎症。由于血脑屏障的存在,中枢神经系统无法直接感知激活的免疫系统释放的炎症因子。但位于中枢神经系统的感受性室周器(穹窿下器、终板血管器、极后区)缺乏完整的血脑屏障,位置紧邻脑室,是神经、免疫、内分泌系统的连接点,且在系统性炎症条件下能够上调特定炎症因子的表达,有研究发现室周器的损毁会削弱中枢大脑核团对外周炎症因子的响应。目前感受性室周器被认为可能是“大脑的窗口”,其在中枢神经系统感知外周体液变化特别是炎症反应中可能发挥关键作用。同时,感受性室周器的神经元可能在系统性炎症影响中枢神经系统调控中发挥重要传递功能,然而具体的机制仍有待研究。本研究利用模拟革兰氏阴性菌感染引发系统性炎症的经典模型即腹腔注射细菌脂多糖(LPS)诱发系统性炎症,结合组织RNA-seq、高灵敏度荧光原位杂交(HCR-FISH)、免疫荧光染色、神经环路病毒示踪技术,探索系统性炎症条件下感受性室周器基因表达的变化及其特点,初步解析感受性室周器神经元的重要投射环路,以期为感受性室周器的功能研究提供重要线索和依据。主要研究结果如下:(1)通过对大脑核团的神经元激活标志物c-Fos进行免疫荧光染色,检测到LPS诱导的系统性炎症模型小鼠中枢神经系统的感受性室周器(SFO、OVLT、AP)、下丘脑室旁核(PVN)、视上核(SON)、内侧隔核(MS)、丘脑前内侧核(AM)、孤束核内侧部(Solm)等核团神经元显著表达c-Fos蛋白,表明这些核团神经元在系统性炎症条件下被激活。(2)通过组织RNA-seq检测到感受性室周器SFO、OVLT、AP在LPS诱导的系统性炎症条件下转录组水平均发生了变化,其中显著变化的基因包括炎症因子、趋化因子;差异表达基因主要富集在炎症反应相关通路;同时部分差异表达的受体基因具有一定的感受性室周器特异性,如SFO的白介素受体IL2rg、AP的胆碱能受体Chrm1、OVLT的趋化因子受体Cxcr6。并且生理条件下不同感受性室周器呈现特定受体基因的表达,如SFO的胆碱能受体Chrna10、AP的精氨酸类受体Avpr1b、OVLT的白细胞介素受体IL20ra。(3)通过改进并利用高灵敏度荧光原位杂交技术(HCR-FISH)对RNA-seq结果进行了部分验证。在应用该技术过程中,尝试了酶切-变性、不对称扩增、搭桥连接方法来自主制备单链杂交探针,以期降低成本,但均未能获得理想的可进行组织原位杂交的DNA探针。通过优化原位杂交反应的条件(透化反应的试剂、杂交反应的温度、杂交探针的浓度),建立了一种快速高灵敏度qHCR-FISH方法。利用该方法,验证了IL-1β、IL-6、TNFα等基因在系统性炎症条件下的表达变化。(4)利用逆行AAV示踪病毒(retro-AAV-mCherry)追踪到感受性室周器SFO和OVLT的神经元至自主调控高级中枢下丘脑室旁核(PVN)的投射神经环路,结合c-Fos免疫荧光染色,发现SFO-PVN和OVLT-PVN环路在LPS诱导的系统性炎症条件下部分被激活。本研究表明感受性室周器的三个核团能够响应系统性炎症,而且三个核团的基因表达差异提示在功能上会有不同,其投射神经环路的激活提示感受性室周器可能会将感知到的变化传递到下游脑区。该研究将为感受性室周器的生理和病理功能研究提供关键线索,为理解神经系统响应免疫系统变化从而协调机体内稳态的机制研究提供依据,有助于神经-免疫互作机制的深入探究。