Les scientifiques cartographient les voies neuronales qui conduisent aux vomissements après avoir mangé des aliments contaminés

Les scientifiques cartographient les voies neuronales qui conduisent aux vomissements après avoir mangé des aliments contaminés

Dans la plupart des cas, la présence de toxines dans les aliments peut provoquer des nausées et des vomissements. Il s'agit de défenses physiques visant à minimiser la durée d'exposition à la toxine. Les voies par lesquelles le cerveau détecte la présence de telles toxines et synchronise divers mécanismes de défense restent mal comprises.

Apprendre: L’axe intestin-cerveau pour les réactions de défense induites par les toxines.Crédit photo : Drawlab19 / Shutterstuck.com

Un nouveau cellule Un article de journal décrit un système par lequel les voies intestinales-cerveau se coordonnent avec les circuits cérébraux pour déclencher ces réponses de défense. Cela implique un ensemble de neurones appelés Htr3a+ qui agissent sur le complexe vagal dorsal (DVC) pour provoquer des nausées et un évitement réflexe de certains goûts.

Les résultats de l’étude suggèrent que ces réactions sont déclenchées à la fois par la chimiothérapie et par une intoxication alimentaire, ces toxines agissant via un ensemble commun de circuits.

introduction

Les haut-le-cœur et les vomissements impliquent des réponses motrices déclenchées par réflexe, bien qu'elles soient initiées par le cerveau. Celles-ci s'accompagnent d'une sensation de nausée, aidant ainsi la personne à identifier la substance toxique afin de l'éviter à l'avenir. Ce phénomène est connu sous le nom d’évitement conditionné du goût (CFA).

Les nausées et les vomissements sont les effets secondaires les plus courants de la chimiothérapie. Cela a conduit à des recherches intensives sur le mécanisme par lequel ces réactions surviennent. Certaines études ont suggéré qu'un axe intestin-cerveau serait la cause sous-jacente des deux réactions lorsque le corps est exposé à une entérotoxine ou à un médicament de chimiothérapie.

La vagotomie ainsi que l'utilisation d'inhibiteurs du récepteur de la 5-hydroxytryptamine 3 (5-HT3R) et du récepteur de la neurokinine 1 (NK1R) préviennent avec succès les vomissements et les nausées. Cependant, cela laisse plusieurs questions sans réponse, notamment sur les cellules impliquées, leurs projections et les signaux moléculaires qui médient cette réponse.

À propos des études

L'étude actuelle utilise des souris de laboratoire pour répondre à ces questions. Bien que les souris ne présentent pas de réponse émétique aux émétiques, elles peuvent présenter un évitement conditionné du goût et sembler avoir des haut-le-cœur, ce qui en fait un modèle animal approprié.

Des souris ont été exposées à l’entérotoxine staphylococcique A (SEA), qui provoque des intoxications alimentaires et des vomissements. Il a été constaté que cela déclenche une réponse particulière d’ouverture de la bouche qui dure environ cinq fois plus longtemps, ainsi qu’une extension de la mâchoire plus large que les réponses spontanées. Cela ressemblait à un comportement d'étouffement et était accompagné de résultats électromyographiques synchrones du diaphragme et des muscles abdominaux.

Bien qu’il s’agisse respectivement de réponses inspiratoires et expiratoires, elles ont montré des poussées d’activité simultanées, contrairement à l’activité alternée typique de la respiration normale chez la souris. De plus, lors de cette action musculaire, le diaphragme a montré une activité plus robuste et plus rapide pendant la phase d'ouverture que pendant la phase de fermeture de la bouche, confortant l'hypothèse selon laquelle il s'agit d'un type de comportement d'étouffement.

SEA a également induit le CFA chez la souris, le CFA et les haut-le-cœur étant réduits par le granisétron, un antagoniste du 5HT3R, et le CP-99994, un bloqueur du NK1R. Cela suggère que SEA agit à travers des circuits impliquant ces récepteurs.

Résultats de l'étude

Comme le suggéraient des recherches antérieures, les scientifiques ont découvert que le nerf vague était à l'origine des vomissements en réponse aux toxines. De plus, couper les branches diaphragmatiques du nerf vague des deux côtés a réduit de manière significative les haut-le-cœur et le CFA chez la souris.

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Grâce à des méthodes de marquage génétique, une population de neurones Hrt3a+ a été identifiée. Ces neurones sensoriels vagaux transportent des signaux déclenchés par des toxines lorsqu'ils rencontrent des cellules entérochromaffines. Ces signaux atteignent finalement les neurones Tac1+ dans le DVC.

L'inactivation chimiogénétique des neurones DVC a entraîné une réduction de l'étouffement en réponse au SEA. Ces résultats suggèrent la présence d'un axe intestin-cerveau qui médie les haut-le-cœur induits par l'EES et le CFA.

Plus d’un tiers des neurones DVC Tac1+ ont été activés par SEA. Ces neurones sont connus pour produire des neurotransmetteurs tels que le glutamate et des neuropeptides spécifiques codés par Tac1+.

Des neuropeptides spécifiques codés par Tac1+ se lient à NK1R, un signal de vomissement important, confortant la théorie selon laquelle ces protéines, comme le glutamate, sont essentielles aux nausées et aux haut-le-cœur lorsque l'animal est exposé au SEA. Cela n'a pas été constaté avec d'autres neurones DVC ou d'autres agents émétiques tels que le chlorure de lithium.

Il a été découvert qu’un long chemin avec une seule synapse connectait directement les neurones Tac1+ aux neurones sensoriels vagaux Hrt3a+ spécifiques du même côté et dans plusieurs zones cérébrales. Ces neurones vagaux semblent répondre à la 5-HT provenant des cellules entérochromaffines, les terminaisons nerveuses de la 5-HT étant situées à proximité immédiate des cellules entérochromaffines. De plus, les cellules entérochromaffines interviennent probablement dans une réponse sélective au SEA.

Ce circuit Tac1+-Hrt3a+-entérochromaffine forme la voie intestin-cerveau qui médie les nausées défensives, les vomissements et les haut-le-cœur en réponse à l'EES. Les neurones Tac1+ déterminent la durée et l'intensité de chaque mouvement d'étouffement en réponse aux signaux transmis par les neurones sensoriels vagaux Hrt3a+ dans l'intestin.

La stimulation de ces neurones par des signaux optogénétiques a entraîné un comportement de type étouffement de manière dose-dépendante. Cela a été confirmé par l'activation chimiogénétique conduisant au CFA.

« Ces données suggèrent que l’activation des neurones Tac1+ DVC est suffisante pour déclencher des réponses de défense chez la souris. »

Les neurones du DVC se projettent vers différentes zones du cerveau en fonction de leur emplacement dans le DVC. En conséquence, différents sous-groupes ont provoqué des haut-le-cœur sélectifs ou CFA en réponse au SEA.

En effet, l’activation chimiogénétique a confirmé que chacune de ces réponses était sélective pour un sous-ensemble spécifique. Celles-ci sont représentées respectivement par les voies de signalisation Tac1+ DVC-rVRG et DVC-LPB.

Le premier d’entre eux pourrait être dû au recrutement de neurones respiratoires, ce qui entraînerait ensuite des réactions de type nausée. La seconde peut impliquer les neurones CGRP+ qui interviennent dans l’apprentissage de l’aversion gustative conditionnée (CTA), provoquant ainsi le CFA.

Les neurones Tac1+ semblent également contribuer aux réponses de type starter et CFA induites par la chimiothérapie, avec la même sélectivité de réponse observée pour différents sous-ensembles de neurones après injection intrapéritonéale du médicament de chimiothérapie doxorubicine.

Il est intéressant de noter que des expériences in vitro suggèrent une activation indirecte de la circulation intestinale-cerveau par le SEA et la doxorubicine, car l’exposition directe à ces toxines n’active pas les cellules nasogastriques (NG) ou entérochromaffines. Les toxines semblent agir en induisant une inflammation, qui provoque la libération d'interleukine 33 (IL-33). Cette molécule d'alarme se lie à son récepteur sur les cellules entérochromaffines, provoquant ainsi la libération de 5HT, qui stimule les cellules sensorielles vagales.

Quels sont les effets ?

L'étude actuelle rapporte l'existence d'une voie de signalisation intestin-cerveau qui médie les vomissements et les nausées induits par les toxines à travers deux systèmes de circuits cérébraux différents chez la souris. En expulsant les aliments de l'estomac, ces réactions protègent l'hôte des toxines présentes dans les aliments.

L’existence de cellules Tac1+, qui constituent un sous-ensemble de cellules DVC essentielles à ces défenses induites par les toxines, a été révélée. Un autre sous-ensemble de cellules appelées neurones AP peut également être impliqué dans ces réponses.

D'autres études devraient étudier la raison du comportement d'étouffement résiduel après l'ablation de l'innervation vagale diaphragmatique, qui pourrait être due au rôle des nerfs spinaux efférents. Les effets de l'ablation de plusieurs gènes dans la population de neurones Tac1+ sur la défense induite par la toxine restent également à étudier.

Référence:

• 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.

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