Vědci mapují nervové dráhy, které vedou ke zvracení po požití kontaminovaného jídla

Vědci mapují nervové dráhy, které vedou ke zvracení po požití kontaminovaného jídla

Ve většině případů může přítomnost toxinů v potravinách způsobit nevolnost a zvracení. Jedná se o fyzickou obranu zaměřenou na minimalizaci doby expozice toxinu. Cesty, kterými mozek zjišťuje přítomnost takových toxinů a synchronizuje různé obranné mechanismy, zůstávají špatně pochopeny.

Učit se: Osa střevo-mozek pro obranné reakce vyvolané toxiny.Fotografický kredit: Drawlab19 / Shutterstuck.com

Nový buňka Článek v časopise popisuje systém, kterým se dráhy střeva a mozku koordinují s mozkovými okruhy, aby spouštěly tyto obranné reakce. To zahrnuje sadu neuronů nazývaných Htr3a+, které působí na dorzální vagový komplex (DVC) a způsobují dávení a reflexní vyhýbání se určitým chutím.

Výsledky studie naznačují, že tyto reakce jsou spouštěny jak chemoterapií, tak otravou jídlem, přičemž tyto toxiny působí prostřednictvím společné sady okruhů.

zavedení

Dávování a zvracení zahrnují motorické reakce, které jsou spouštěny reflexně, ačkoli jsou iniciovány mozkem. Ty jsou doprovázeny pocitem nevolnosti, a tím pomáhají osobě identifikovat toxickou látku, aby se jí v budoucnu vyhnul. Tento jev je známý jako podmíněné vyhýbání se chuti (CFA).

Nevolnost a zvracení jsou nejčastějšími vedlejšími účinky chemoterapie. To vedlo k intenzivnímu výzkumu mechanismu, kterým tyto reakce vznikají. Některé studie naznačují, že osa střeva-mozek je základní příčinou obou reakcí, když je tělo vystaveno enterotoxinu nebo chemoterapeutickému léku.

Vagotomie stejně jako použití blokátorů receptoru 5-hydroxytryptaminu 3 (5-HT3R) a receptoru neurokininu 1 (NK1R) úspěšně brání zvracení i nevolnosti. To však ponechává několik otázek nezodpovězených, včetně zahrnutých buněk, jejich projekcí a molekulárních signálů, které tuto odpověď zprostředkovávají.

O studiu

Současná studie využívá k zodpovězení takových otázek laboratorní myši. Ačkoli myši nevykazují emetiku na zvracení, mohou vykazovat podmíněné vyhýbání se chuti a zdá se, že roubí, což z nich činí vhodný zvířecí model.

Myši byly vystaveny stafylokokovému enterotoxinu A (SEA), který způsobuje otravu jídlem a zvracení. Bylo zjištěno, že to spouští zvláštní reakci na otevření úst, která trvá asi pětkrát déle, a také širší rozšíření čelisti než spontánní reakce. To připomínalo chování podobné dušení a bylo doprovázeno synchronními elektromyografickými nálezy bránice a břišních svalů.

Přestože se jedná o inspirační a exspirační odezvy, vykazovaly simultánní výbuchy aktivity, na rozdíl od střídavé aktivity typické pro normální dýchání u myší. Kromě toho během této svalové akce bránice vykazovala robustnější a rychlejší aktivitu během fáze otevírání než během fáze zavírání úst, což podporuje hypotézu, že se jedná o typ dusivého chování.

SEA také indukovala CFA u myší, přičemž CFA i dávení byly sníženy granisetronem, antagonistou 5HT3R, a CP-99994, blokátorem NK1R. To naznačuje, že SEA působí prostřednictvím obvodů zahrnujících tyto receptory.

Výsledky studie

Jak naznačil předchozí výzkum, vědci zjistili, že bloudivý nerv zprostředkovává zvracení v reakci na toxiny. Kromě toho řezání bráničních větví bloudivého nervu na obou stranách významně snížilo jak dávení, tak CFA u myší.

E-Book Protilátky

Kompilace top rozhovorů, článků a novinek za poslední rok. Stáhněte si bezplatnou kopii

Pomocí metod genetického značení byla identifikována populace Hrt3a+ neuronů. Tyto vagové senzorické neurony nesou signály spouštěné toxiny, když narazí na enterochromafínové buňky. Tyto signály nakonec dosáhnou Tac1+ neuronů v DVC.

Chemogenetická inaktivace neuronů DVC způsobila snížené dušení v reakci na SEA. Tato zjištění naznačují přítomnost osy střevo-mozek, která zprostředkovává dávení vyvolané SEA a CFA.

Více než třetina neuronů DVC Tac1+ byla aktivována pomocí SEA. Je známo, že tyto neurony produkují neurotransmitery, jako je glutamát a specifické neuropeptidy kódované Tacl+.

Specifické neuropeptidy kódované Tac1+ se vážou na NK1R, což je důležitý signál zvracení, což podporuje teorii, že tyto proteiny, stejně jako glutamát, jsou klíčem k nevolnosti a dávení, když je zvíře vystaveno SEA. To nebylo zjištěno u jiných DVC neuronů nebo jiných emetik, jako je chlorid lithný.

Bylo zjištěno, že dlouhá dráha s jedinou synapsí přímo spojuje Tac1+ neurony se specifickými Hrt3a+ vagovými senzorickými neurony na stejné straně a více oblastí mozku. Zdá se, že tyto vagové neurony reagují na 5-HT z enterochromafínových buněk, přičemž nervová zakončení 5-HT jsou v těsné blízkosti enterochromafínových buněk. Kromě toho enterochromafínové buňky pravděpodobně zprostředkovávají selektivní odpověď na SEA.

Tento Tacl+-Hrt3a+-enterochromafínový okruh tvoří dráhu střeva-mozek, která zprostředkovává obrannou nevolnost, zvracení a dávení v reakci na SEA. Neurony Tac1+ určují, jak dlouhý a intenzivní je každý dusivý pohyb v reakci na signály přenášené vagovými senzorickými neurony Hrt3a+ ve střevě.

Stimulace těchto neuronů optogenetickými signály vedla v závislosti na dávce k chování podobnému dušení. To bylo potvrzeno chemogenetickou aktivací vedoucí k CFA.

"Tato data naznačují, že aktivace Tac1+ DVC neuronů je dostatečná ke spuštění obranných reakcí u myší."

Neurony DVC promítají do různých oblastí mozku v závislosti na jejich umístění v DVC. V důsledku toho různé podskupiny způsobovaly selektivní dávení nebo CFA v reakci na SEA.

Chemogenetická aktivace skutečně potvrdila, že každá z těchto odpovědí byla selektivní pro specifickou podskupinu. Ty jsou reprezentovány signálními cestami Tac1+ DVC-rVRG a DVC-LPB.

První z nich může být způsobeno náborem respiračních neuronů, což následně vede k reakcím podobným gag. Druhý může zahrnovat neurony CGRP+, které zprostředkovávají učení podmíněné averze k chuti (CTA), a tím způsobují CFA.

Neurony Tacl+ se také zřejmě podílejí na chemoterapií indukovaných dusivých a CFA odpovědích, se stejnou selektivitou odpovědi pozorovanou pro různé podskupiny neuronů po intraperitoneální injekci chemoterapeutického léku doxorubicinu.

Je zajímavé, že experimenty in vitro naznačovaly nepřímou aktivaci cirkulace střeva a mozku pomocí SEA a doxorubicinu, protože přímá expozice těmto toxinům neaktivovala nasogastrické (NG) nebo enterochromafínové buňky. Zdá se, že toxiny působí tak, že vyvolávají zánět, který způsobuje uvolňování interleukinu 33 (IL-33). Tato molekula alarminu se váže na svůj receptor na enterochromafínových buňkách, čímž způsobuje uvolnění 5HT, které stimuluje senzorické buňky vagu.

Jaké jsou účinky?

Současná studie uvádí existenci signální dráhy střevo-mozek, která zprostředkovává zvracení a nevolnost vyvolané toxiny prostřednictvím dvou různých systémů mozkových okruhů u myší. Vytlačením potravy ze žaludku tyto reakce chrání hostitele před toxiny v potravě.

Byla odhalena existence Tac1+ buněk, které jsou podskupinou DVC buněk, které jsou klíčové pro tyto toxiny indukované obrany. Další podskupina buněk známá jako AP neurony se může také podílet na těchto reakcích.

Další studie by měly prozkoumat důvod reziduálního dusivého chování po ablaci brániční inervace vagu, což by mohlo být způsobeno úlohou eferentních míšních nervů. Účinky ablace více genů v populaci neuronů Tac1+ na obranu vyvolanou toxiny je třeba také prozkoumat.

Odkaz:

• Xie, Z., Zhang, X., Zhao, M., et al. (2022). Die Darm-Hirn-Achse für Toxin-induzierte Abwehrreaktionen. Zelle. doi:10.1016/j.cell.2022.10.001.

.