肠道连接表示蠕虫在进食时会改变行为

饥饿的蠕虫遇到丰富的食物来源时，它会立即减速，因此可以吞噬这个盛宴。一旦蠕虫充满，或食物耗尽，它将再次开始漫游。麻省理工学院的一项新研究现在揭示了蠕虫的消化道如何在大量徘徊的情况下向大脑发出信号的更多细节。研究人员发现，在秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)肠道中发现的一种神经细胞专门用于检测何时摄入细菌; 一旦发生这种情况，神经元就会释放出一种神经递质，这种神经递质可以指示大脑停止运动。研究人员还发现了在这种专门的神经细胞中运作的新离子通道来检测细菌。

“就肠道如何向大脑发出信号的精确机制而言，尚不清楚究竟发生了什么，”大脑与认知科学助理教授，麻省理工学院Picower学习与记忆研究所成员史蒂文弗拉维尔说。 。“食物是真正激发这种动物的东西，所以人们已经研究了很长一段时间，但神经系统检测到食物摄取的机制是为了推动行为改变，而这种改变确实已经消失了。”

Flavell是该研究的高级作者，该研究出现在12月20日的Cell杂志上。Jeffower Rhoades是Picower研究所的前技术助理，是该论文的第一作者。

肠 - 脑连接

在所有动物中，肠道和大脑有很强的联系。来自我们胃肠道的信号告诉我们什么时候我们已经吃饱了，并通过瘦素和生长素释放激素等激素控制我们的食欲。胃肠道也是身体大部分血清素的来源，血清素也起到食欲的作用。

此外，消化道有自己的半独立神经系统，称为肠神经系统。这种神经元系统控制GI功能，例如消化器官的收缩以及激素和消化酶的分泌。

尽管尚未充分了解人类肠神经系统的完整复杂性，但许多研究人员使用具有更简单神经系统的秀丽隐杆线虫作为研究摄食行为的模型。研究人员之前已经证明，食物对秀丽隐杆线虫的运动有很大的影响。蠕虫的饮食主要由细菌组成，科学家们发现，只要蠕虫遇到大块食物，它们就会减速消耗它。当他们吃饱时，弗拉维尔和他的同事发现动物们开始在他们的环境中再次游荡。由于他们最近的研究，我们开始明白为什么。

“有行为证据表明秀丽隐杆线虫的神经系统正在接收有关环境中食物的信息，但我们不知道它是如何起作用的，”弗拉维尔说。

研究人员知道血清素释放正在推动减速，但他们并不知道触发释放的原因。为了弄清楚这一点，他们决定研究一种产生5-羟色胺的肠神经元，称为神经分泌 - 运动(NSM)神经元，它们位于秀丽隐杆线虫消化器官的内层，称为咽。

通过一系列实验，研究人员发现当蠕虫吃细菌食物时，NSM神经元会立即活跃起来。NSM神经元有一个长的延伸，或神经突，投射到蠕虫的肠道。研究人员还发现，这种神经突起作为NSM神经元的感觉结束，在动物吃细菌食物时起着激活神经元的关键作用。

进一步的研究揭示了两个新的离子通道，称为DEL-3和DEL-7，它们位于该神经突的最顶端，是NSM神经元被细菌食物激活所必需的。这些通道是称为酸敏感离子通道(ASIC)的蛋白质家族的一部分，其存在于包括人类在内的所有动物中。其中一些通道​​在味觉和疼痛检测中起作用，而其他通道的功能仍然未知。有趣的是，这些通道也在哺乳动物肠道的肠神经元中表达。Flavell推测，ASIC可能在感染消化道和其他地方的细菌群体中发挥一般作用。

研究人员现在试图弄清DEL-3和DEL-7如何检测细菌。一种可能性是通道直接检测细菌分泌的化合物。另外，Flavell说，细菌化合物可能与附近的受体相互作用，从而激活离子通道。

许多神经元

Flavell的实验室还计划研究其他也有肠道扩展的秀丽隐杆线虫神经元，看它们是否与NSM神经元起类似作用，可能检测细菌或其他食物暗示的其他成分。

“通过我们现有的工具，我们可以直接进入这些其他细胞类型并询问它们是否被食物摄入激活，如果是这样，它们表达的是哪种通道，”Flavell说。“蠕虫中还有大约30个与DEL-3和DEL-7密切相关的离子通道，它们可能正在检测其他细菌信号。”

该研究人员也正在探索更详细的血清素对动物的大脑的其余部分的影响。一旦NSM细胞中的离子通道被激活，细胞就开始释放血清素，然后可以通过附近表达血清素受体的神经元检测血清素。

“我们试图真正关注整个神经系统的其余部分，看看血清素如何改变许多下游细胞的活动，最终导致这种行为改变，”弗拉维尔说。

另一个尚未得到解答的问题是，Flavell实验室发现的这种细菌感应的基本机制是否也在人体中发挥作用。人体肠道含有多种细菌，称为微生物组。此外，肠道内衬神经元样细胞，称为肠嗜铬细胞，产生血清素并将其释放到感知神经元，将信息传递给大脑。研究人员才刚刚开始了解可能允许这些细胞检测肠道内容的通道和受体，以及5-羟色胺能肠道信号可能如何改变哺乳动物的行为。蠕虫中的这些新机制可以指导该领域的未来研究。