Cell：重磅！揭示腸道-大腦對話新機制

來源：生物谷

Cell：重磅！揭示腸道-大腦對話新機制

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小鼠腸道，圖片來自Kelvinh88/Wikipedia。

2017年6月25日/生物谷BIOON/---小鼠腸道感覺細胞通過血清素直接與腸道神經元進行對話，讓大腦知道某些化合物是否存在。這些腸道細胞將腸道的內含物告訴大腦。但是對這種腸道-大腦對話的分子機制的認識因技術限制受到阻礙。如今，在一項新的研究中，通過研究小鼠腸道類器官和腸道組織切片中的一種關鍵的腸道感覺細胞（即腸嗜鉻細胞），來自美國加州大學舊金山分校等研究機構的研究人員揭示出哪些分子信號激活這些所謂的腸嗜鉻細胞（enterochromaffin cell），以及這些細胞如何將這些化合物的存在傳遞到中樞神經系統。相關研究結果于2017年6月22日在線發表在Cell期刊上，論文標題為“Enterochromaffin Cells Are Gut Chemosensors that Couple to Sensory Neural Pathways”。

腸嗜鉻細胞是一種腸上皮內分泌細胞。它們是非常罕見的，僅占腸上皮的1%不到，但是負責產生身體90%的血清素產生。有人已提出這些細胞發揮著化學傳感器的作用，檢測腸腔中的分子，并且作出反應，分泌血清素來觸發神經元控制的腸道運動、收縮和疼痛。但是這些腸腔分子可能是什么，血清素如何發揮它對神經元的影響，仍然是未知的。

論文共同通信作者、加州大學舊金山分校神經科學家David Juliu說，“問題在于血清素僅是擴散出去與遠處的神經元相互作用？或者神經元和腸嗜鉻細胞之間也存在點對點連接？”他說，這樣的突觸連接是有先例的，并且解釋道，已有人報道一組相關的腸上皮細胞（被稱作腸內分泌細胞）與神經元之間存在直接的突觸連接（Journal of Clinical Investigation, doi:10.1172/JCI78361）。

鑒于腸嗜鉻細胞的罕見性，科學家們很難在體內研究它們。因此，Julius和同事們利用一種近期開發的體外類器官方法在培養皿中再現腸道組織的復雜性。

在來自小鼠的腸道類器官中，Julius團隊研究了腸嗜鉻細胞的電生理學性質、蛋白表達和血清素分泌等等。他們發現這些細胞表達電壓門控離子通路，而且是電興奮性的（它是感覺細胞的一種特征）。

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

Julius團隊繼續證實腸嗜鉻細胞表達這些化合物的相關受體，而且證實化合物誘導的這些細胞激活促進血清素釋放。

接下來，利用來自含有熒光標記腸嗜鉻細胞的小鼠的腸道組織樣品，Julius團隊研究了這些細胞與神經元的關系。他們發現讓表達血清素受體的神經元激活似乎是通過與腸嗜鉻細胞之間形成突觸連接實現的，而且腸嗜鉻細胞表達突觸前蛋白，而附近的神經元表達突觸后蛋白。這些結果都表明這兩種細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觸發這些神經元的活性。

腸嗜鉻細胞與神經元形成突觸連接的這一發現表明腸道與大腦之間存在直接的連接。這種連接使得信號傳遞在幾微秒而不是幾分鐘內完成。不過，針對腸道如何與大腦交談，以及大腦、腸道或者這兩種器官發生差錯時會發生什么，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.