Nature：肠道肠色素细胞驱动内脏疼痛和焦虑

背景

肠道由一层薄薄的上皮覆盖，其中含有罕见但功能多样的肠内分泌细胞，这些细胞释放激素和神经递质来调控营养吸收、消化、运动、摄食行为和感觉感知。肠嗜铬细胞 (EC)是一种独特的肠内分泌细胞亚型，能够检测引起或加重疼痛的环境和内源性刺激，包括饮食刺激物、微生物代谢产物、炎症因子、机械扩张以及与应激相关的激素和神经递质。一旦被激活，EC细胞释放5-羟色胺到附近表达5-HT3受体的感觉神经末梢，这些感觉神经末梢将伤害性信号传递到脊髓。感觉神经末梢本身可检测伤害性刺激，并且有不同类型的脊髓传入神经支配肠道，包括对拉伸不敏感的黏膜纤维，以及支配肌肉、血管或肠系膜隔室并对一定范围的扩张做出反应的那些纤维。因此，EC细胞和邻近的黏膜传入通路是否以及在多大程度上促进了急性和/或持续性内脏痛以及随之而来的性别差异仍有待确定。在本研究中，我们通过在小鼠中沉默或异位激活EC细胞，并评估结肠感觉神经纤维活性、内脏敏感性和行为的结果来解决这些问题。"我们的结果表明，EC细胞和黏膜传入是与肠易激综合征 (IBS)或其他炎症或炎症后胃肠道 (GI)疾病相关的内脏疼痛和焦虑的关键始动者。"

简介

2023年3月22日，来自美国加利福尼亚大学的James R. Bayrer及其团队在Nature (IF: 69.504)发表名为Gut enterochromaffin cells drive visceral pain and anxiety的研究[1]。

主要结果

性别依赖性内脏超敏反应

接下来，我们使用化学遗传方法来研究EC细胞激活是否足以产生内脏超敏反应。使用上述相同的转基因策略，在EC细胞中表达激活的DREADD受体 (hM3Dq)，从而通过去氯氮平(DCZ)或氯氮平N-氧化物 (CNO)对其进行选择性药理激活 (图3a,b)。将DREADD激动剂应用于这些EChM3Dq小鼠的肠道类器官，促进EC细胞激活和血清素释放 (图3c)。在DCZ处理后15分钟，EChM3Dq雌性 (而非雄性)中观察到类似的血清5 -羟色胺含量增加，30分钟后消退 (图3c)。

应用DREADD激动剂使EChM3Dq动物的纤维对黏膜机械刺激超敏，而不影响TacCre对照的纤维 (图3d)，并且这种致敏在雄性动物中更为显著。为了检测体内内脏高敏感性，我们在CRD前15分钟给EChM3Dq小鼠注射了DREADD激动剂，在这种情况下，我们观察到雄鼠的VMR在各种结肠压力下显著增加，在雌鼠中有显著增加的趋势 (图3e)。与我们的活体DRG结果一致 (图1e,i)， ALS抑制了DCA介导的男性VMR增强 (图3f)。TacCre和EChM3Dq小鼠结肠顺应性无明显差异。总体而言，这些性别差异与EC细胞-黏膜传入神经回路对磁性大鼠结肠敏感性产生更高的强直作用，因此增强窗口较小的观点是一致的。

图3. 激活EC细胞增加雄性传入神经输出，并诱导长期超敏反应

黏膜纤维传递EC细胞信号

初级传入神经纤维在肠道的不同层终止，包括黏膜、肌肉和血管室，以及肠系膜 (图4a)。一般认为，驱动内脏疼痛的是对扩张具有低阈值和高阈值 (LT和HT)的神经纤维，而不是对扩张不敏感的黏膜传入神经，后者对黏膜的微小变形非常敏感。然而，鉴于观察到EC细胞介导这种疼痛反应的必要性，我们想知道除了支配黏膜的纤维外，其他纤维是否也受到EC细胞激活的影响。为了解决这一问题，我们使用了一种改良的离体神经-肠模型，在该模型中，对完整结肠环路加压可激活扩张敏感传入神经 (包括LT、HT和宽动态范围 (WDR)纤维)的脉冲，这些传入神经可检测施加于其感受野的环向张力。支配黏膜层的神经在这种模式下没有反应，这使我们可以将它们与其他传入类型区分开来。这些记录是在Pet1Flp; Vilcre重组指导EC细胞选择性表达TeNT或DREADD受体的小鼠中进行的。

图4. EC细胞不调控扩张敏感性传入细胞

EC细胞活性调控焦虑

功能性GI障碍常伴与焦虑增加相关，表现为复杂疼痛或感觉处理障碍，可能影响双向肠-脑信号传导。因此，我们通过在标准高架十字迷宫 (EPM)范式中评估行为，探讨EC细胞的慢性激活或抑制是否影响焦虑状态。我们发现，DCZ治疗的初始EChM3Dq动物在开放臂的时间更短 (尽管闭合臂的总运动参数没有差异)，这表明焦虑增加 (图5)。重要的是，ALS的共同给药逆转了DCZ的作用 (图5a)。总之，这些结果支持5 -羟色胺能EC细胞-黏膜传入信号在调控肠-脑沟通障碍的伤害性和情感成分方面发挥作用，但不能排除EC细胞释放的5 -羟色胺或其他递质的其他效应。有趣的是，ECPFTox动物的开放臂停留时间也较短 (图5b)，这表明通过慢性抑制EC细胞活性而扰乱GI功能也具有类似的焦虑性。

图5. 操纵EC细胞粘膜传入活性诱导焦虑样行为

结论及展望

最近的研究表明，结肠上皮释放的介质可引起或抑制内脏痛。我们现在表明，内脏疼痛和焦虑可由肠内分泌细胞的一个极小亚群 (即EC细胞)及其与黏膜传入神经的相互作用驱动。这一点值得注意，因为黏膜传入传入仅对使黏膜变形的最小刺激做出反应，尽管它们在慢性内脏高敏感模型中表现出更高的反应，但此前并未被认为是内脏痛的关键驱动因素。这一作用历来被认为是LT, WDR或HT扩张性传入因子的领域，这些传入因子是多模态的，对各种炎症和免疫介质产生反应。这项研究强调了EC细胞-黏膜传入回路在内脏疼痛中的重要作用。

原文链接

https://www.nature.com/articles/s41586-023-05829-8

参考文献

1.Bayrer James R,Castro Joel,Venkataraman Archana et al. Gut enterochromaffin cells drive visceral pain and anxiety.[J] .Nature, 2023, undefined: undefined.

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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