根據(jù)加州大學(xué)舊金山分?？茖W(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一項新研究，腸道中的特化細胞可能會感染潛在的有毒化學(xué)物質(zhì)并觸發(fā)附近神經(jīng)纖維的電脈沖。“這些細胞是傳感器，就像一個觀察腸道內(nèi)容的窗口，”加州大學(xué)舊金山分校兒科助理教授，該論文的主要作者之一James Bayrer博士說。

研究人員利用從小鼠干細胞中生長的腸道模擬“類器官”，研究表明腸道細胞中稱為腸嗜鉻細胞(EC)的細胞是如何警告神經(jīng)系統(tǒng)腸道出現(xiàn)麻煩的跡象，從細菌產(chǎn)品到炎癥性食物分子。

的作者新的研究，發(fā)表在網(wǎng)上的細胞在2017年6月22日，說是了解EC細胞在腸道如何反應(yīng)，以及反應(yīng)過度的作用，化學(xué)刺激物可以提供用于治療胃腸道疾病的新方法，如腸易激綜合征(IBS)。

我們的皮膚表面積超過100倍，腸道是身體最大的暴露于外部物質(zhì)的表面。盡管EC細胞僅占腸道內(nèi)襯的百分之一，但它們產(chǎn)生90%的機體血清素，這是一種關(guān)鍵的信號分子，因此科學(xué)家長期以來一直對它們的功能感到好奇。5-羥色胺最有名的是通過其在大腦中的作用來調(diào)節(jié)情緒，但它在腸道中具有非常不同的作用，其涉及腸道收縮和胃部不適。

“這些細胞很少，但它們看起來如此強大，”加州大學(xué)舊金山分校的細胞和分子藥理學(xué)教授，新論文的共同資深作者Holly Ingraham博士說。“人們非常有興趣了解這些細胞對5-羥色胺的作用。”

EC細胞散布在構(gòu)成腸道內(nèi)壁的其他細胞中，在稱為絨毛的微小指狀結(jié)構(gòu)的表面上，突出到腸道的內(nèi)部空間。在絨毛內(nèi)，EC細胞和其他細胞下面是神經(jīng)纖維，它們感知腸道的運動和內(nèi)容，并導(dǎo)致腸痛和不適。但這些神經(jīng)纖維究竟是如何與EC細胞相通的還不清楚。

在他們的新研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)EC細胞整合了腸道中化學(xué)刺激物，細菌化合物和壓力荷爾蒙的信息，然后使用血清素將這些信息傳遞給鄰近的神經(jīng)細胞，電脈沖可以通過腸道傳播到整個腸道。神經(jīng)系統(tǒng)最終到了大腦。

“人們之前曾懷疑EC細胞有這樣的作用，但這項研究令人興奮，因為這是第一次讓我們嚴(yán)格控制腸道如何與神經(jīng)系統(tǒng)對話，”教授兼主席David Julius博士說。加州大學(xué)舊金山分校的生理學(xué)系和該研究的另一位資深作者。

細胞被刺激物電刺激

新研究的核心合作對于Ingraham和Julius來說是一個不尋常的合作，他們已經(jīng)結(jié)婚但通常在他們的研究中采取不同的路徑。

朱利葉斯的實驗室專注于研究身體的疼痛傳感器如何使用辣椒，辣根和蛇毒等天然產(chǎn)品，在發(fā)現(xiàn)對痛苦的蜘蛛毒素敏感的細胞在腸道中非常普遍之后，對這一新的研究方向產(chǎn)生了興趣。該實驗室的博士后研究員，該論文的另一位主要作者尼古拉斯·貝羅諾博士對這種被稱為上皮細胞的腸道內(nèi)層似乎感知并對其內(nèi)部反應(yīng)的方式著迷。

“神經(jīng)系統(tǒng)，免疫系統(tǒng)，脈管系統(tǒng)，一切都會聚集在上皮細胞中，”Bellono說。他對EC細胞特別感興趣，想知道它們釋放的5-羥色胺是否會激活鄰近的神經(jīng)纖維。

當(dāng)Julius提到Bellono對Ingraham的新興趣時，她建議Bellono與Bayrer合作，Bayrer是一名胃腸病學(xué)家，她在實驗室中領(lǐng)導(dǎo)使用腸類器官研究腸道疾病，從干細胞培養(yǎng)的小塊細胞可以作為腸道的模型。 。對于Bellono和Bayrer，有機體使EC細胞更易于使用。“你可以看一下這道菜，里面有一個小腸 - 它完全是狂野的，”貝洛諾說。

該團隊測試了細胞對數(shù)十種不同分子的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)三類分子引起細胞膜電壓的變化。有趣的是，觸發(fā)EC細胞的三種類型的分子 - 細菌副產(chǎn)物稱為揮發(fā)性脂肪酸;一種稱為兒茶酚胺(包括多巴胺，腎上腺素和去甲腎上腺素)的激素，可以指示腸道內(nèi)的壓力;一種名為AITC的飲食刺激物，它負(fù)責(zé)大蒜的刺激性味道 - 以前都與IBS有關(guān)。

當(dāng)EC細胞被任何這些分子激發(fā)時，它們將5-羥色胺釋放到與附近神經(jīng)纖維的突觸中，其作用與其他感覺器官非常相似，從味蕾到氣味受體。在從小鼠取得的組織樣本中，該團隊表明，這種5-羥色胺釋放觸發(fā)了神經(jīng)纖維中的電脈沖，表明信號可以在整個腸道中快速移動。

“他們實際上是電興奮的，”朱利葉斯說，他還是加州大學(xué)舊金山分校的分子生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的莫里斯赫茲斯坦主席。“他們有點像神經(jīng)元。”

信號可能導(dǎo)致疼痛和Pooping

腸道在我們的器官中是獨一無二的，因為許多控制它們的神經(jīng)信號不是來自大腦，而是來自腸道內(nèi)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，有時被稱為“第二腦”，它有助于實現(xiàn)器官的大部分常規(guī)收縮和消化活動，沒有大腦本身的干預(yù)。

研究小組認(rèn)為，源自EC細胞的神經(jīng)信號可以影響兩個網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致無意識的腸道收縮，或者，如果信號到達大腦，Ingraham稱之為“直腸疼痛”。

Bayrer說：“就像當(dāng)我們品嘗一些臭味，我們試圖擺脫它”通過嘔吐，腸道可能會通過試圖將它們推出另一端來對細菌或刺激性分子的“味道”做出反應(yīng)。“這可能是感染細菌群體的腸道感染方式。”

研究人員說，下一步是研究人體細胞生長的類器官中的EC細胞。因為小鼠和人類有不同的飲食，我們的EC細胞可能對完全不同的分子敏感。

靶向細胞可以幫助治療腸易激綜合征

雖然觸發(fā)腸道排出不需要的化學(xué)物質(zhì)和微生物通常是健康的，EC細胞的過度反應(yīng)和它們引發(fā)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可能會引起像IBS這樣的問題。該團隊希望了解導(dǎo)致這些細胞對食物和細菌作出反應(yīng)的原因?qū)⒂兄趯ふ铱梢苑乐顾鼈兎磻?yīng)過度的藥物，可能是通過阻斷首先感知這些分子的蛋白質(zhì)。

有趣的是，臨床醫(yī)生已經(jīng)使用影響血清素水平的SSRI(選擇性5-羥色胺再攝取抑制劑)來治療IBS，這表明該疾病與血清素系統(tǒng)之間可能存在聯(lián)系。Bayrer是一名兒科胃腸病學(xué)家，與IBS兒童一起工作，希望了解EC細胞和其他腸道傳感器將有助于研究人員了解和改善這些治療方法。