【Science】單細(xì)胞蛋白分析技術(shù)揭示腸腦神經(jīng)回路新機(jī)制

ProteinSimple

2021.11.03

為什么我們會感覺到饑餓？

為什么進(jìn)食之后會出現(xiàn)飽腹感？

我們能感知到大腦與腸道的緊密聯(lián)系，以往的研究認(rèn)為這種感知與觸覺、視覺、聲音、氣味和味覺通過受神經(jīng)支配的上皮傳感器細(xì)胞傳遞到大腦不同，腸道刺激的感知被認(rèn)為涉及消化系統(tǒng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)之間信號傳遞的腸道-大腦連接（gut-brain connection）是以激素轉(zhuǎn)運(yùn)為基礎(chǔ)的，這種基于激素的信號傳遞大約需要10分鐘。在腸道中，有一層上皮細(xì)胞將腔與下面的組織分開。分散在該層內(nèi)的是稱為腸內(nèi)分泌細(xì)胞的可電興奮細(xì)胞，它們感知攝入的營養(yǎng)物質(zhì)和微生物代謝物。與味覺或嗅覺受體細(xì)胞一樣，腸內(nèi)分泌細(xì)胞在存在刺激時會激發(fā)動作電位。然而，與其他感覺上皮細(xì)胞不同，腸內(nèi)分泌細(xì)胞和腦神經(jīng)之間沒有突觸聯(lián)系的描述。人們認(rèn)為這些細(xì)胞僅通過激素（如膽囊收縮素）的緩慢內(nèi)分泌作用間接作用于神經(jīng)。盡管它在飽腹感中起作用，但膽囊收縮素的循環(huán)濃度僅在攝入食物后幾分鐘達(dá)到峰值，并且通常在用餐結(jié)束后。這種差異表明大腦通過更快的神經(jīng)元信號感知腸道感覺線索。

來自美國杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家們，利用Milo，揭示迷走神經(jīng)（vagus nerve）可直接連接著腸道與中樞神經(jīng)系統(tǒng)。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Science期刊上，標(biāo)題為“A gut-brain neural circuit for nutrient sensory transduction”。

Milo單細(xì)胞Western Blot 驗證腸分泌細(xì)胞存在神經(jīng)突觸相關(guān)蛋白

本文使用與小腸類器官或純化的腸內(nèi)分泌細(xì)胞共培養(yǎng)的結(jié)節(jié)神經(jīng)元，在體外重現(xiàn)了神經(jīng)回路。并結(jié)合單細(xì)胞定量實(shí)時聚合酶鏈反應(yīng)和單細(xì)胞Western Blot（Milo）共同對突觸蛋白進(jìn)行檢測和評估。利用Milo在蛋白水平進(jìn)行了進(jìn)一步的驗證：單細(xì)胞蛋白質(zhì)印記結(jié)果顯示83%腸內(nèi)分泌細(xì)胞含有synapsin-1（分析的198 CckGFP細(xì)胞中的164個），與其他腸上皮細(xì)胞相比，純化的CCK-腸內(nèi)分泌細(xì)胞表達(dá)突觸粘附基因Efnb2、Lrrtm2、Lrrc4 和 Nrxn2，表明這些上皮傳感器具有形成突觸的機(jī)制。

為了確定與腸內(nèi)分泌細(xì)胞接觸的突觸的神經(jīng)元的來源，本文使用了一種改良后的狂犬病毒(DG-rabies-GFP，能感染神經(jīng)元，但缺少跨突觸傳播所需的G糖蛋白)，發(fā)現(xiàn)在腸道類器官中，狂犬病比其他上皮細(xì)胞更喜歡感染腸內(nèi)分泌細(xì)胞。并且腸內(nèi)分泌細(xì)胞與迷走神經(jīng)元突觸，通過使用谷氨酸作為神經(jīng)遞質(zhì)，在幾毫秒內(nèi)轉(zhuǎn)導(dǎo)腸腔信號。這些突觸連接的腸內(nèi)分泌細(xì)胞（神經(jīng)足細(xì)胞）形成的神經(jīng)上皮回路通過一個突觸將腸腔與腦干連接起來，為大腦打開一條物理管道，以突觸的時間精度和空間分辨率感知腸道刺激。也正是這些突觸信號神經(jīng)足細(xì)胞告訴大腦腸道中發(fā)生的事情，對我們吃的食物做出一定的反饋。