稀有细胞是神经系统的进入肠道的窗口

根据加州大学旧金山分校科学家领导的一项新研究，肠道中的特化细胞可能会感染潜在的有毒化学物质并触发附近神经纤维的电脉冲。“这些细胞是传感器，就像一个观察肠道内容的窗口，”加州大学旧金山分校儿科助理教授，该论文的主要作者之一James Bayrer博士说。利用从小鼠干细胞中生长的肠道模拟“类器官”，研究人员展示了肠道细胞中称为肠嗜铬细胞(EC)的细胞如何警告神经系统肠道出现问题，从细菌产品到炎症性食物分子。

的作者新的研究，发表在网上的细胞在2017年6月22日，说是了解EC细胞在肠道如何反应，以及反应过度的作用，化学刺激物可以提供用于治疗胃肠道疾病的新方法，如肠易激综合征(IBS)。我们的皮肤表面积超过100倍，肠道是身体最大的暴露于外部物质的表面。尽管EC细胞仅占肠道内衬的百分之一，但它们产生90%的身体血清素，这是一种关键的信号分子，因此科学家们长期以来一直对它们的功能感到好奇。5-羟色胺最有名的是通过其在大脑中的作用来调节情绪，但它在肠道中具有非常不同的作用，其涉及肠道收缩和胃部不适。

“这些细胞很少，但它们似乎非常强大，”加州大学旧金山分校的细胞和分子药理学教授，新论文的共同高级作者Holly Ingraham博士说。“人们对了解这些细胞对5-羟色胺的作用非常感兴趣。”

EC细胞散布在构成肠道内壁的其他细胞中，在称为绒毛的微小指状结构的表面上，突出到肠道的内部空间。在绒毛内，EC细胞和其他细胞下面是神经纤维，它们感知肠道的运动和内容，并导致肠痛和不适。但究竟这些神经纤维如何与EC细胞通讯尚不清楚。

在他们的新研究中，研究人员表明，EC细胞整合有关化学刺激物，细菌化合物和肠道内的压力荷尔蒙的信息，然后使用血清素将这些信息传递给邻近的神经细胞，电脉冲可以通过肠道传播到整个肠道。神经系统最终到了大脑。“人们之前曾怀疑EC细胞有这样的作用，但这项研究令人兴奋，因为这是第一次让我们严格控制肠道与神经系统的关系，”教授兼主席David Julius博士说。加州大学旧金山分校的生理学系和该研究的另一位资深作者。

细胞被刺激物电刺激

新研究的核心合作对于Ingraham和Julius来说是一个不同寻常的合作，他们已经结婚，但他们的研究通常采取不同的方式。

朱利叶斯的实验室专注于研究身体的疼痛传感器如何使用辣椒，辣根和蛇毒等天然产品，在发现对痛苦的蜘蛛毒素敏感的细胞在肠道中非常普遍之后，对这一新的研究方向产生了兴趣。实验室的博士后研究员，论文的另一位主要作者尼古拉斯·贝隆诺博士对肠道衬里(称为上皮细胞)似乎感知并对其内部物质作出反应的方式着迷。

“神经系统，免疫系统，脉管系统，一切都会聚集在上皮细胞中，”Bellono说。他对EC细胞特别感兴趣，想知道它们释放的5-羟色胺是否会激活邻近的神经纤维。

当Julius提到Bellono对Ingraham的新兴趣时，她建议Bellono与Bayrer合作，她是一名胃肠病学家，她在实验室中一直致力于使用肠道类器官研究肠道疾病，这些细胞可以作为肠道的模型从干细胞中生长出来。 。对于Bellono和Bayrer，有机体使EC细胞更容易使用。“你可以看一下这道菜，里面有一个小肠 - 它完全是狂野的，”贝洛诺说。

该团队测试了细胞对数十种不同分子的反应，发现三类分子引起细胞膜电压的变化。有趣的是，触发EC细胞的三种类型的分子 - 细菌副产物称为挥发性脂肪酸; 一种称为儿茶酚胺(包括多巴胺，肾上腺素和去甲肾上腺素)的激素，可以指示肠道内的压力; 一种名为AITC的饮食刺激物，它负责大蒜的刺激性味道 - 以前都与IBS有关。

当EC细胞被任何这些分子激发时，它们将5-羟色胺释放到与附近神经纤维的突触中，其作用与其他感觉器官非常相似，从味蕾到气味受体。在从小鼠取得的组织样本中，该团队表明，这种5-羟色胺释放触发了神经纤维中的电脉冲，表明信号可以在整个肠道中快速移动。

“他们实际上是电兴奋的，”朱利叶斯说，他还在加州大学旧金山分校担任Morris Herzstein分子生物学和医学主席。“他们有点像神经元。”

信号可能导致疼痛和Pooping

肠道在我们的器官中是独一无二的，因为许多控制它们的神经信号不是来自大脑，而是来自肠道内的神经网络，有时被称为“第二脑”，它有助于实现器官的大部分常规收缩和消化活动，没有大脑本身的干预。

研究小组认为，源自EC细胞的神经信号可以影响两个网络，导致无意识的肠道收缩，或者，如果信号到达大脑，Ingraham将其描述为“直肠疼痛”。

Bayrer说：“就像当我们品尝一些臭味，我们试图摆脱它”通过呕吐，肠道可能会通过试图将它们推出另一端来对细菌或刺激性分子的“味道”做出反应。“这可能是肠道传感的一种方式，即细菌群体在哪里。”

研究人员说，下一步是研究人体细胞生长的类器官中的EC细胞。因为小鼠和人类有不同的饮食，我们的EC细胞可能对完全不同的分子敏感。

靶向细胞可以帮助治疗肠易激综合征

虽然触发肠道排出不需要的化学物质和微生物通常是健康的，EC细胞的过度反应和它们引发的神经网络可能会引起像IBS这样的问题。该团队希望了解导致这些细胞对食物和细菌作出反应的原因将有助于寻找可以防止它们过度反应的药物，可能是通过阻断首先感知这些分子的蛋白质。

有趣的是，临床医生已经使用影响血清素水平的SSRI(选择性5-羟色胺再摄取抑制剂)来治疗IBS，这表明该疾病与血清素系统之间可能存在联系。拜耳是一名儿科胃肠病学家，与IBS儿童一起工作，希望了解EC 细胞和其他肠道传感器将有助于研究人员了解和改善这些治疗方法。