Znanstvenici mapiraju neuralne putove koji dovode do povraćanja nakon konzumacije kontaminirane hrane

Znanstvenici mapiraju neuralne putove koji dovode do povraćanja nakon konzumacije kontaminirane hrane

U većini slučajeva prisutnost toksina u hrani može izazvati mučninu i povraćanje. To su fizičke obrane usmjerene na smanjenje trajanja izloženosti toksinu. Putovi kojima mozak detektira prisutnost takvih toksina i sinkronizira različite obrambene mehanizme i dalje su nedovoljno poznati.

Naučiti: Os crijeva-mozak za obrambene reakcije izazvane toksinima.Autor fotografije: Drawlab19 / Shutterstuck.com

Nova ćelija Članak u časopisu opisuje sustav pomoću kojeg crijevno-moždani putovi koordiniraju s moždanim krugovima kako bi pokrenuli ove obrambene reakcije. To uključuje skup neurona nazvanih Htr3a+ koji djeluju na dorzalni vagalni kompleks (DVC) kako bi uzrokovali grčeve i refleksno izbjegavanje određenih okusa.

Rezultati studije sugeriraju da su te reakcije potaknute i kemoterapijom i trovanjem hranom, pri čemu ti toksini djeluju kroz zajednički skup krugova.

uvod

Gugljanje i povraćanje uključuju motoričke reakcije koje se pokreću refleksno, iako ih pokreće mozak. Oni su popraćeni osjećajem mučnine, što pomaže osobi identificirati otrovnu tvar kako bi je izbjegao u budućnosti. Ovaj fenomen je poznat kao uvjetovano izbjegavanje okusa (CFA).

Mučnina i povraćanje najčešće su nuspojave kemoterapije. To je dovelo do intenzivnog istraživanja mehanizma po kojem nastaju te reakcije. Neke su studije sugerirale crijevno-mozaknu osovinu kao temeljni uzrok obje reakcije kada je tijelo izloženo enterotoksinu ili lijeku za kemoterapiju.

Vagotomija kao i primjena blokatora 5-hidroksitriptamin 3 receptora (5-HT3R) i neurokinin 1 receptora (NK1R) uspješno sprječavaju i povraćanje i mučninu. Međutim, ovo ostavlja nekoliko pitanja bez odgovora, uključujući uključene stanice, njihove projekcije i molekularne signale koji posreduju ovaj odgovor.

O studiranju

Trenutna studija koristi laboratorijske miševe da odgovori na takva pitanja. Iako miševi ne pokazuju emetičku reakciju na emetike, mogu pokazivati ​​uvjetovano izbjegavanje okusa i činiti se da guše, što ih čini prikladnim životinjskim modelom.

Miševi su bili izloženi stafilokoknom enterotoksinu A (SEA), koji uzrokuje trovanje hranom i povraćanje. Utvrđeno je da to izaziva osebujnu reakciju otvaranja usta koja traje oko pet puta dulje, kao i šire istezanje čeljusti od spontanih reakcija. To je sličilo ponašanju nalik gušenju i bilo je popraćeno istodobnim elektromiografskim nalazima dijafragme i trbušnih mišića.

Iako su to odgovori na udisaj i izdisaj, oni su pokazali istodobne nalete aktivnosti, za razliku od izmjenične aktivnosti tipične za normalno disanje kod miševa. Nadalje, tijekom ove mišićne akcije dijafragma je pokazala snažniju i bržu aktivnost tijekom faze otvaranja nego tijekom faze zatvaranja usta, podupirući hipotezu da se radi o vrsti ponašanja gušenja.

SEA je također inducirao CFA u miševa, pri čemu su CFA i povraćanje smanjeni granisetronom, antagonistom 5HT3R, i CP-99994, blokatorom NK1R. Ovo sugerira da SEA djeluje kroz krugove koji uključuju ove receptore.

Rezultati studije

Kao što su prethodna istraživanja pokazala, znanstvenici su otkrili da živac vagus posreduje u povraćanju kao odgovoru na toksine. Nadalje, rezanje dijafragmalnih ogranaka živca vagusa s obje strane značajno je smanjilo i gašenje i CFA kod miševa.

E-knjiga Antitijela

Kompilacija najboljih intervjua, članaka i vijesti iz prošle godine. Preuzmite besplatnu kopiju

Metodama genetskog označavanja identificirana je populacija Hrt3a+ neurona. Ovi vagalni senzorni neuroni prenose signale potaknute toksinima kada naiđu na enterokromafine stanice. Ovi signali na kraju dopiru do Tac1+ neurona u DVC.

Kemogenetska inaktivacija DVC neurona uzrokovala je smanjeno gušenje kao odgovor na SEA. Ovi nalazi upućuju na prisutnost osovine crijevo-mozak koja posreduje povraćanje izazvano SEA i CFA.

Više od trećine DVC Tac1+ neurona aktivirao je SEA. Poznato je da ovi neuroni proizvode neurotransmitere kao što su glutamat i specifični Tac1+-kodirani neuropeptidi.

Specifični Tac1+-kodirani neuropeptidi vežu se za NK1R, važan signal za povraćanje, podupirući teoriju da su ti proteini, poput glutamata, ključni za mučninu i povraćanje kada je životinja izložena SEA. Ovo nije pronađeno kod drugih DVC neurona ili drugih emetičkih sredstava kao što je litijev klorid.

Utvrđeno je da dugi put s jednom sinapsom izravno povezuje Tac1+ neurone sa specifičnim Hrt3a+ vagalnim senzornim neuronima na istoj strani i više područja mozga. Čini se da ti vagalni neuroni reagiraju na 5-HT iz enterokromafinskih stanica, pri čemu su živčani završeci 5-HT u neposrednoj blizini enterokromafinskih stanica. Nadalje, enterokromafine stanice vjerojatno posreduju u selektivnom odgovoru na SEA.

Ovaj Tac1+-Hrt3a+-enterokromafinski krug tvori put crijeva-mozak koji posreduje u obrambenoj mučnini, povraćanju i povraćanju kao odgovor na SEA. Tac1+ neuroni određuju koliko je dug i intenzivan svaki pokret gušenja kao odgovor na signale koje prenose Hrt3a+ vagalni senzorni neuroni u crijevima.

Stimulacija ovih neurona optogenetskim signalima rezultirala je ponašanjem nalik gušenju na način ovisan o dozi. To je potvrđeno kemogenetskom aktivacijom koja dovodi do CFA.

"Ovi podaci sugeriraju da je aktivacija Tac1+ DVC neurona dovoljna za pokretanje obrambenih odgovora kod miševa."

DVC neuroni se projiciraju u različita područja mozga ovisno o njihovom položaju u DVC. Kao rezultat toga, različite podskupine uzrokovale su selektivno povraćanje ili CFA kao odgovor na SEA.

Doista, kemogenetska aktivacija potvrdila je da je svaki od ovih odgovora selektivan za specifičnu podskupinu. Oni su predstavljeni Tac1+ DVC-rVRG odnosno DVC-LPB signalnim putovima.

Prvi od njih može biti posljedica regrutiranja respiratornih neurona, što kasnije dovodi do odgovora sličnih trzanju. Drugi može uključivati ​​CGRP+ neurone koji posreduju u učenju uvjetovane averzije okusa (CTA), uzrokujući time CFA.

Čini se da Tac1+ neuroni također doprinose kemoterapijom izazvanim odgovorima nalik gušenju i CFA, s istom selektivnošću odgovora uočenom za različite podskupove neurona nakon intraperitonealne injekcije kemoterapijskog lijeka doksorubicina.

Zanimljivo je da su in vitro pokusi ukazali na neizravnu aktivaciju crijevno-moždane cirkulacije pomoću SEA i doksorubicina, jer izravna izloženost tim toksinima nije aktivirala nazogastrične (NG) ili enterokromafine stanice. Čini se da toksini djeluju inducirajući upalu, koja uzrokuje oslobađanje interleukina 33 (IL-33). Ova molekula alarmina veže se za svoj receptor na enterokromafinim stanicama, uzrokujući otpuštanje 5HT, što stimulira vagalne osjetne stanice.

Kakvi su učinci?

Trenutna studija izvješćuje o postojanju signalnog puta crijevo-mozak koji posreduje kod povraćanja i mučnine izazvanih toksinima kroz dva različita sustava moždanih krugova kod miševa. Izbacivanjem hrane iz želuca te reakcije štite domaćina od toksina u hrani.

Otkriveno je postojanje Tac1+ stanica, koje su podskup DVC stanica koje su ključne za obranu izazvanu toksinima. Drugi podskup stanica poznatih kao AP neuroni također može biti uključen u ove odgovore.

Daljnje studije trebale bi istražiti razloge zaostatnog ponašanja nalik gušenju nakon ablacije dijafragmalne vagalne inervacije, što bi moglo biti posljedica uloge eferentnih spinalnih živaca. Učinke ablacije višestrukih gena u populaciji Tac1+ neurona na obranu izazvanu toksinima također treba istražiti.

Referenca:

• 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.

.