饑餓的蠕蟲(chóng)遇到豐富的食物來(lái)源時(shí)，它會(huì)立即減速，因此可以吞噬這個(gè)盛宴。一旦蠕蟲(chóng)充滿(mǎn)，或食物耗盡，它將再次開(kāi)始漫游。麻省理工學(xué)院的一項(xiàng)新研究現(xiàn)在揭示了蠕蟲(chóng)的消化道如何在大量徘徊的情況下向大腦發(fā)出信號(hào)的更多細(xì)節(jié)。研究人員發(fā)現(xiàn)，在秀麗隱桿線蟲(chóng)(Caenorhabditis elegans)腸道中發(fā)現(xiàn)的一種神經(jīng)細(xì)胞專(zhuān)門(mén)用于檢測(cè)何時(shí)攝入細(xì)菌; 一旦發(fā)生這種情況，神經(jīng)元就會(huì)釋放出一種神經(jīng)遞質(zhì)，這種神經(jīng)遞質(zhì)可以指示大腦停止運(yùn)動(dòng)。研究人員還發(fā)現(xiàn)了在這種專(zhuān)門(mén)的神經(jīng)細(xì)胞中運(yùn)作的新離子通道來(lái)檢測(cè)細(xì)菌。

“就腸道如何向大腦發(fā)出信號(hào)的精確機(jī)制而言，尚不清楚究竟發(fā)生了什么，”大腦與認(rèn)知科學(xué)助理教授，麻省理工學(xué)院Picower學(xué)習(xí)與記憶研究所成員史蒂文弗拉維爾說(shuō)。 。“食物是真正激發(fā)這種動(dòng)物的東西，所以人們已經(jīng)研究了很長(zhǎng)一段時(shí)間，但神經(jīng)系統(tǒng)檢測(cè)到食物攝取的機(jī)制是為了推動(dòng)行為改變，而這種改變確實(shí)已經(jīng)消失了。”

Flavell是該研究的高級(jí)作者，該研究出現(xiàn)在12月20日的Cell雜志上。Jeffower Rhoades是Picower研究所的前技術(shù)助理，是該論文的第一作者。

腸 - 腦連接

在所有動(dòng)物中，腸道和大腦有很強(qiáng)的聯(lián)系。來(lái)自我們胃腸道的信號(hào)告訴我們什么時(shí)候我們已經(jīng)吃飽了，并通過(guò)瘦素和生長(zhǎng)素釋放激素等激素控制我們的食欲。胃腸道也是身體大部分血清素的來(lái)源，血清素也起到食欲的作用。

此外，消化道有自己的半獨(dú)立神經(jīng)系統(tǒng)，稱(chēng)為腸神經(jīng)系統(tǒng)。這種神經(jīng)元系統(tǒng)控制GI功能，例如消化器官的收縮以及激素和消化酶的分泌。

盡管尚未充分了解人類(lèi)腸神經(jīng)系統(tǒng)的完整復(fù)雜性，但許多研究人員使用具有更簡(jiǎn)單神經(jīng)系統(tǒng)的秀麗隱桿線蟲(chóng)作為研究攝食行為的模型。研究人員之前已經(jīng)證明，食物對(duì)秀麗隱桿線蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)有很大的影響。蠕蟲(chóng)的飲食主要由細(xì)菌組成，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，只要蠕蟲(chóng)遇到大塊食物，它們就會(huì)減速消耗它。當(dāng)他們吃飽時(shí)，弗拉維爾和他的同事發(fā)現(xiàn)動(dòng)物們開(kāi)始在他們的環(huán)境中再次游蕩。由于他們最近的研究，我們開(kāi)始明白為什么。

“有行為證據(jù)表明秀麗隱桿線蟲(chóng)的神經(jīng)系統(tǒng)正在接收有關(guān)環(huán)境中食物的信息，但我們不知道它是如何起作用的，”弗拉維爾說(shuō)。

研究人員知道血清素釋放正在推動(dòng)減速，但他們并不知道觸發(fā)釋放的原因。為了弄清楚這一點(diǎn)，他們決定研究一種產(chǎn)生5-羥色胺的腸神經(jīng)元，稱(chēng)為神經(jīng)分泌 - 運(yùn)動(dòng)(NSM)神經(jīng)元，它們位于秀麗隱桿線蟲(chóng)消化器官的內(nèi)層，稱(chēng)為咽。

通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)蠕蟲(chóng)吃細(xì)菌食物時(shí)，NSM神經(jīng)元會(huì)立即活躍起來(lái)。NSM神經(jīng)元有一個(gè)長(zhǎng)的延伸，或神經(jīng)突，投射到蠕蟲(chóng)的腸道。研究人員還發(fā)現(xiàn)，這種神經(jīng)突起作為NSM神經(jīng)元的感覺(jué)結(jié)束，在動(dòng)物吃細(xì)菌食物時(shí)起著激活神經(jīng)元的關(guān)鍵作用。

進(jìn)一步的研究揭示了兩個(gè)新的離子通道，稱(chēng)為DEL-3和DEL-7，它們位于該神經(jīng)突的最頂端，是NSM神經(jīng)元被細(xì)菌食物激活所必需的。這些通道是稱(chēng)為酸敏感離子通道(ASIC)的蛋白質(zhì)家族的一部分，其存在于包括人類(lèi)在內(nèi)的所有動(dòng)物中。其中一些通道??在味覺(jué)和疼痛檢測(cè)中起作用，而其他通道的功能仍然未知。有趣的是，這些通道也在哺乳動(dòng)物腸道的腸神經(jīng)元中表達(dá)。Flavell推測(cè)，ASIC可能在感染消化道和其他地方的細(xì)菌群體中發(fā)揮一般作用。

研究人員現(xiàn)在試圖弄清DEL-3和DEL-7如何檢測(cè)細(xì)菌。一種可能性是通道直接檢測(cè)細(xì)菌分泌的化合物。另外，F(xiàn)lavell說(shuō)，細(xì)菌化合物可能與附近的受體相互作用，從而激活離子通道。

許多神經(jīng)元

Flavell的實(shí)驗(yàn)室還計(jì)劃研究其他也有腸道擴(kuò)展的秀麗隱桿線蟲(chóng)神經(jīng)元，看它們是否與NSM神經(jīng)元起類(lèi)似作用，可能檢測(cè)細(xì)菌或其他食物暗示的其他成分。

“通過(guò)我們現(xiàn)有的工具，我們可以直接進(jìn)入這些其他細(xì)胞類(lèi)型并詢(xún)問(wèn)它們是否被食物攝入激活，如果是這樣，它們表達(dá)的是哪種通道，”Flavell說(shuō)。“蠕蟲(chóng)中還有大約30個(gè)與DEL-3和DEL-7密切相關(guān)的離子通道，它們可能正在檢測(cè)其他細(xì)菌信號(hào)。”

該研究人員也正在探索更詳細(xì)的血清素對(duì)動(dòng)物的大腦的其余部分的影響。一旦NSM細(xì)胞中的離子通道被激活，細(xì)胞就開(kāi)始釋放血清素，然后可以通過(guò)附近表達(dá)血清素受體的神經(jīng)元檢測(cè)血清素。

“我們?cè)噲D真正關(guān)注整個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)的其余部分，看看血清素如何改變?cè)S多下游細(xì)胞的活動(dòng)，最終導(dǎo)致這種行為改變，”弗拉維爾說(shuō)。

另一個(gè)尚未得到解答的問(wèn)題是，F(xiàn)lavell實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)的這種細(xì)菌感應(yīng)的基本機(jī)制是否也在人體中發(fā)揮作用。人體腸道含有多種細(xì)菌，稱(chēng)為微生物組。此外，腸道內(nèi)襯神經(jīng)元樣細(xì)胞，稱(chēng)為腸嗜鉻細(xì)胞，產(chǎn)生血清素并將其釋放到感知神經(jīng)元，將信息傳遞給大腦。研究人員才剛剛開(kāi)始了解可能允許這些細(xì)胞檢測(cè)腸道內(nèi)容的通道和受體，以及5-羥色胺能腸道信號(hào)可能如何改變哺乳動(dòng)物的行為。蠕蟲(chóng)中的這些新機(jī)制可以指導(dǎo)該領(lǐng)域的未來(lái)研究。