脑肠回路让微生物区系直接影响交感神经系统

凭借其1亿个神经元，肠道赢得了身体“第二大脑”的美誉-与真正的大脑相对应，管理肠道肌肉活动和酶分泌等事情。越来越多的科学家现在正试图了解肠道神经元是如何与其大脑同行相互作用的，以及这一过程中的失败可能会如何导致疾病。现在，新的研究表明，肠道细菌在这些神经元通讯中起着直接作用，决定了肠道运动的速度。这项在老鼠身上进行并发表在“自然”杂志上的研究表明，我们的神经系统和微生物区系之间存在着显著程度的沟通。它也可能对治疗胃肠道疾病有影响。洛克菲勒大学副教授兼粘膜免疫学实验室主任丹尼尔·穆奇达说：“我们描述了微生物如何调节始于肠道、进入大脑、再回到肠道的神经元回路。”“我们描述了微生物如何调节始于肠道、进入大脑、再回到肠道的神经元回路”，洛克菲勒的副教授兼粘膜免疫学实验室主任丹尼尔·穆奇达(Daniel Mucida)说。“这个回路中的一些神经元与肠易激综合征有关，因此这个回路的失调有可能导致肠易激综合征。”这项工作由穆奇达实验室的前研究生保罗·A·穆勒(Paul A.Muller)领导。

为了了解中枢神经系统如何感知肠道内的微生物，穆齐达和他的同事们分析了完全缺乏微生物的小鼠的肠道连接神经元，即所谓的无菌小鼠，这些小鼠从出生就在隔离的环境中长大，只吃经过彻底消毒的食物和水。他们发现，一些肠道连接的神经元在无菌小鼠中比对照组更活跃，并高水平表达一种名为CFOS的基因，这是神经元活动的标志。神经元活动的增加反过来会导致食物在老鼠消化道中的移动速度比往常更慢。当研究人员用一种能使这些肠道神经元沉默的药物治疗无菌小鼠时，他们看到肠道运动加快。目前尚不清楚神经元如何感知肠道微生物的存在，但穆齐达和他的同事们发现，关键可能是由肠道细菌产生的一组名为短链脂肪酸的化合物。他们发现，小鼠肠道中这些脂肪酸的水平较低，与肠道连接神经元的活动较大有关。当他们提高动物肠道中这些化合物的水平时，它们肠道神经元的活性就会降低。其他随微生物区系变化的微生物化合物和肠道激素也被发现调节神经元的活动，这表明这一回路中有更多的参与者。然而，进一步的实验揭示了一个难题。科学家们发现，在没有微生物的情况下，这种特殊类型的肠道连接神经元并没有延伸到肠子暴露的表面，这表明它们无法直接感觉到脂肪酸水平。因此，穆齐达和他的同事们决定反向追踪这一电路，并发现了一组脑干神经元，这些神经元在无菌小鼠中显示出活动增加。当研究人员操纵对照组小鼠来特异性激活这些相同的神经元时，他们看到肠道神经元的活动增加，肠道运动减少。研究人员继续向后研究，接下来将他们的注意力集中在从肠道向脑干发送信号的感觉神经元上。他们的实验显示，这些感觉神经元延伸到肠道区域的界面，这些区域暴露在包括脂肪酸在内的高水平微生物化合物中。他们关闭了这些神经元，以模拟缺乏脂肪酸或相关肠道信号的无菌小鼠的情况，并观察了脑干中激活的神经元，以及控制肠道运动的肠道神经元的激活。穆齐达说：“我们追踪了整个环路，发现肠外的神经元可以由肠内发生的事情控制。”“这里发现的回路可能参与了额外的肠道-大脑双向相互作用，这可能会影响几种肠道和神经疾病，包括肠易激综合征(IBS)，甚至行为异常。”Muller等人的研究成果。(2020)。微生物区系通过肠脑回路调节交感神经元。大自然。Doi：https://doi.org/10.1038/s41586-020-2474-7本文是从以下材料重新发布的。注意：材料的长度和内容可能已经过编辑。欲了解更多信息，请联系引用的消息来源。

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