肠道如何向大脑发送信号？科学家定义了五种类型的结肠神经元

结肠壁的图像显示了用荧光染料标记的不同类型的感觉神经元。从结肠向大脑发出信号的神经元（绿色）会在拉伸和疼痛时变得活跃，不同类型的神经元会对不同强度的刺激做出反应。图片来源：Rachel Wolfson

肠道与大脑之间的联系是一个复杂的双向信号级联，它负责维持消化系统的正常工作，一旦中断就会造成问题。该轴的一个关键部分是结肠，它从食物中提取水分和营养，并将废物排出体外。这一关键器官与一系列肠胃疾病有关，包括便秘、腹泻、疼痛和炎症。

现在，哈佛大学医学院的研究人员首次定义了结肠中五种不同亚型的感觉神经元，它们向大脑传递信号。

研究人员在小鼠身上进行了一项新研究，并于8月3日发表在《细胞》（Cell）杂志上。研究人员发现，一些神经元专门感知温和的力量，如物质在结肠中移动，而另一些神经元则感知更强烈的力量，如疼痛。

研究人员说，如果他们的研究结果在人类身上得到证实，将有助于科学家开发出更有效的疗法来治疗这种结肠-大脑感应系统出错时出现的病症。

"领衔作者、哈佛医学院神经生物学研究员、麻省总医院胃肠病学研究员雷切尔-沃尔夫森说："病人经常抱怨胃肠道系统的感觉和疼痛，但我们对支配肠道并让我们对不同刺激做出反应的感觉神经元却知之甚少。

从皮肤到结肠

大卫-金蒂（David Ginty）和他实验室的科学家们花了多年时间研究皮肤中的感觉神经元如何与大脑沟通，从而形成我们的触觉。他们开发了精确的基因工具来标记感觉神经元的亚型，并利用这些工具来揭示有关皮肤感觉神经元的结构、组织和功能的基本信息。

然而，尽管有关触觉神经元的科学知识不断增长，但很少有研究集中于了解身体其他部位（包括胃肠系统）的神经元。

"哈佛医学院布拉瓦特尼克研究所神经生物学爱德华-R.和安妮-G.-莱夫勒教授、新论文的资深作者金蒂说："我们已经了解了很多关于皮肤神经元的知识，但对投射到结肠等其他器官的神经元的特性仍然知之甚少。

为了解决这一研究不足的领域，金蒂与沃尔夫森合作，沃尔夫森是神经生物学家和胃肠道系统临床专家。

沃尔夫森采用了金蒂实验室开发的基因标记小鼠模型，并将其重新用于研究结肠中的神经元。她发现，皮肤中的五种亚型感觉神经元也存在于结肠中。不过，结肠神经元和触觉神经元的形状截然不同，结肠神经元的亚型在形态上也各不相同。

"沃尔夫森说："我们知道，形式是功能的基础，所以结肠神经元看起来彼此不同这一事实让我们认为它们具有不同的功能。

为了研究功能，沃尔夫森用气球拉伸结肠，模拟自然发生的膨胀，并记录不同类型神经元的活动。

两类神经元对轻微的力量做出反应，类似于消化后的食物或粪便通过结肠时可能发生的轻微拉伸。另外两种类型的神经元则对强烈的力量做出反应，比如更剧烈的拉伸。当沃尔夫森人为激活这些强力神经元时，小鼠的表现就像它们在疼痛中一样。当她移除力阈值最高的神经元时，疼痛反应减弱了。在小鼠体内引发炎症会导致其中一种痛觉神经元亚型的反应更加强烈。

有趣的是，这些作用与皮肤中神经元的作用相吻合，表明不同器官系统的功能可能是一致的。

这项研究为结肠感觉的基本神经生物学机制提供了重要的见解。

"Ginty说："我们第一次弄清了支配结肠的神经元的解剖、生理和功能。

寻找治疗消化道问题的方法

在短期内，研究人员希望了解为什么结肠神经元看起来与皮肤神经元不同，以及这些形态上的差异如何转化为它们行为方式上的差异。

"金蒂说："这一发现确实很有启发性，为了解神经元如何将机械力转化为电信号（这是神经系统的通货）提供了一个全新的工作方向。

从长远来看，沃尔夫森计划研究胃肠道其他部位的神经元。她还想探索结肠神经元如何对毒素或血流不足等其他刺激做出反应，这些刺激会引起腹痛。

研究人员说，虽然这些结果首先需要在人体中得到证实，但他们的工作有朝一日能为开发治疗各种胃肠道疾病的更好疗法提供信息。

"Ginty说："我们对肠道神经支配的了解已经有100年了，但现代神经科学工具让我们能够深入了解它是如何工作的，这将成为治疗结肠问题的治疗方法的平台。

以低力神经元为靶点可能有助于治疗便秘和腹泻等运动相关疾病，而以高力神经元为靶点可能有助于治疗源自结肠的疼痛。尤其令人感兴趣的是对炎症敏感的神经元亚型，炎症是炎症性肠病患者的疼痛来源。

"沃尔夫森说："在我们使用抗炎药物控制炎症的同时，有一种方法可以靶向这些神经元来治疗病人的疼痛，这是一种巨大的治疗需求。

论文的其他作者还包括哈佛医学院的阿米拉-阿卜杜拉齐兹（Amira Abdelaziz）、吉奈尔-兰金（Genelle Rankin）、萨拉-库什纳（Sarah Kushner）、齐丽君（Lijun Qi）、奥弗-马佐（Ofer Mazor）和崔承源（Seungwon Choi），以及哈佛医学院和哥伦比亚大学的尼基尔-夏尔马（Nikhil Sharma）。

(责任编辑：泉水)

搜索

热门标签:

肠道如何向大脑发送信号？科学家定义了五种类型的结肠神经元