Cell：重磅！揭示腸道-大腦對(duì)話(huà)新機(jī)制

來(lái)源：生物谷

Cell：重磅！揭示腸道-大腦對(duì)話(huà)新機(jī)制

來(lái)源：生物谷

小鼠腸道，圖片來(lái)自Kelvinh88/Wikipedia。

2017年6月25日/生物谷BIOON/---小鼠腸道感覺(jué)細(xì)胞通過(guò)血清素直接與腸道神經(jīng)元進(jìn)行對(duì)話(huà)，讓大腦知道某些化合物是否存在。這些腸道細(xì)胞將腸道的內(nèi)含物告訴大腦。但是對(duì)這種腸道-大腦對(duì)話(huà)的分子機(jī)制的認(rèn)識(shí)因技術(shù)限制受到阻礙。如今，在一項(xiàng)新的研究中，通過(guò)研究小鼠腸道類(lèi)器官和腸道組織切片中的一種關(guān)鍵的腸道感覺(jué)細(xì)胞（即腸嗜鉻細(xì)胞），來(lái)自美國(guó)加州大學(xué)舊金山分校等研究機(jī)構(gòu)的研究人員揭示出哪些分子信號(hào)激活這些所謂的腸嗜鉻細(xì)胞（enterochromaffin cell），以及這些細(xì)胞如何將這些化合物的存在傳遞到中樞神經(jīng)系統(tǒng)。相關(guān)研究結(jié)果于2017年6月22日在線(xiàn)發(fā)表在Cell期刊上，論文標(biāo)題為“Enterochromaffin Cells Are Gut Chemosensors that Couple to Sensory Neural Pathways”。

腸嗜鉻細(xì)胞是一種腸上皮內(nèi)分泌細(xì)胞。它們是非常罕見(jiàn)的，僅占腸上皮的1%不到，但是負(fù)責(zé)產(chǎn)生身體90%的血清素產(chǎn)生。有人已提出這些細(xì)胞發(fā)揮著化學(xué)傳感器的作用，檢測(cè)腸腔中的分子，并且作出反應(yīng)，分泌血清素來(lái)觸發(fā)神經(jīng)元控制的腸道運(yùn)動(dòng)、收縮和疼痛。但是這些腸腔分子可能是什么，血清素如何發(fā)揮它對(duì)神經(jīng)元的影響，仍然是未知的。

論文共同通信作者、加州大學(xué)舊金山分校神經(jīng)科學(xué)家David Juliu說(shuō)，“問(wèn)題在于血清素僅是擴(kuò)散出去與遠(yuǎn)處的神經(jīng)元相互作用？或者神經(jīng)元和腸嗜鉻細(xì)胞之間也存在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接？”他說(shuō)，這樣的突觸連接是有先例的，并且解釋道，已有人報(bào)道一組相關(guān)的腸上皮細(xì)胞（被稱(chēng)作腸內(nèi)分泌細(xì)胞）與神經(jīng)元之間存在直接的突觸連接（Journal of Clinical Investigation, doi:10.1172/JCI78361）。

鑒于腸嗜鉻細(xì)胞的罕見(jiàn)性，科學(xué)家們很難在體內(nèi)研究它們。因此，Julius和同事們利用一種近期開(kāi)發(fā)的體外類(lèi)器官方法在培養(yǎng)皿中再現(xiàn)腸道組織的復(fù)雜性。

在來(lái)自小鼠的腸道類(lèi)器官中，Julius團(tuán)隊(duì)研究了腸嗜鉻細(xì)胞的電生理學(xué)性質(zhì)、蛋白表達(dá)和血清素分泌等等。他們發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞表達(dá)電壓門(mén)控離子通路，而且是電興奮性的（它是感覺(jué)細(xì)胞的一種特征）。

隨后，通過(guò)篩選30種可能的腸腔化合物，他們發(fā)現(xiàn)幾種化合物能夠觸發(fā)腸嗜鉻細(xì)胞興奮。它們是異硫氰酸烯丙酯（在山葵和其他的芥菜中發(fā)現(xiàn)的一種刺激劑）、異戊酸（腸道細(xì)菌產(chǎn)生的一種脂肪酸）、兒茶酚胺類(lèi)激素（多巴胺、腎上腺素和去甲腎上腺素）。

Julius團(tuán)隊(duì)繼續(xù)證實(shí)腸嗜鉻細(xì)胞表達(dá)這些化合物的相關(guān)受體，而且證實(shí)化合物誘導(dǎo)的這些細(xì)胞激活促進(jìn)血清素釋放。

接下來(lái)，利用來(lái)自含有熒光標(biāo)記腸嗜鉻細(xì)胞的小鼠的腸道組織樣品，Julius團(tuán)隊(duì)研究了這些細(xì)胞與神經(jīng)元的關(guān)系。他們發(fā)現(xiàn)讓表達(dá)血清素受體的神經(jīng)元激活似乎是通過(guò)與腸嗜鉻細(xì)胞之間形成突觸連接實(shí)現(xiàn)的，而且腸嗜鉻細(xì)胞表達(dá)突觸前蛋白，而附近的神經(jīng)元表達(dá)突觸后蛋白。這些結(jié)果都表明這兩種細(xì)胞彼此之間直接交談。再者，利用去甲腎上腺素或異戊酸刺激腸上皮會(huì)觸發(fā)這些神經(jīng)元的活性。

腸嗜鉻細(xì)胞與神經(jīng)元形成突觸連接的這一發(fā)現(xiàn)表明腸道與大腦之間存在直接的連接。這種連接使得信號(hào)傳遞在幾微秒而不是幾分鐘內(nèi)完成。不過(guò)，針對(duì)腸道如何與大腦交談，以及大腦、腸道或者這兩種器官發(fā)生差錯(cuò)時(shí)會(huì)發(fā)生什么，仍然有很多東西是未知的。

參考資料：

1.Nicholas W. Bellono, James R. Bayrer, Duncan B. Leitch et al.Enterochromaffin Cells Are Gut Chemosensors that Couple to Sensory Neural Pathways. Cell, Published Online: 22 June 2017, doi:10.1016/j.cell.2017.05.034

2.Rare cells are 'window into the gut' for the nervous system.