Vedci mapujú nervové dráhy, ktoré vedú k zvracaniu po zjedení kontaminovaného jedla

Vedci mapujú nervové dráhy, ktoré vedú k zvracaniu po zjedení kontaminovaného jedla

Vo väčšine prípadov môže prítomnosť toxínov v potravinách spôsobiť nevoľnosť a zvracanie. Ide o fyzickú obranu zameranú na minimalizáciu trvania expozície toxínu. Dráhy, ktorými mozog zisťuje prítomnosť takýchto toxínov a synchronizuje rôzne obranné mechanizmy, zostávajú nedostatočne pochopené.

Naučte sa: Os črevo-mozog pre obranné reakcie vyvolané toxínmi.Fotografický kredit: Drawlab19 / Shutterstuck.com

Nový bunka Článok v časopise popisuje systém, ktorým sa dráhy čreva a mozgu koordinujú s mozgovými okruhmi, aby spustili tieto obranné reakcie. To zahŕňa súbor neurónov nazývaných Htr3a+, ktoré pôsobia na dorzálny vagový komplex (DVC), aby spôsobili dávenie a reflexné vyhýbanie sa určitým chutiam.

Výsledky štúdie naznačujú, že tieto reakcie sú spúšťané chemoterapiou aj otravou jedlom, pričom tieto toxíny pôsobia prostredníctvom spoločného súboru okruhov.

úvod

Grganie a zvracanie zahŕňajú motorické reakcie, ktoré sa spúšťajú reflexne, hoci sú iniciované mozgom. Tie sú sprevádzané pocitom nevoľnosti, čo pomáha človeku identifikovať toxickú látku, aby sa jej v budúcnosti vyhla. Tento jav je známy ako podmienené vyhýbanie sa chuti (CFA).

Nevoľnosť a vracanie sú najčastejšími vedľajšími účinkami chemoterapie. To viedlo k intenzívnemu výskumu mechanizmu, akým tieto reakcie vznikajú. Niektoré štúdie navrhli os čreva a mozgu ako základnú príčinu oboch reakcií, keď je telo vystavené enterotoxínu alebo chemoterapeutickému lieku.

Vagotómia, ako aj použitie blokátorov receptora 5-hydroxytryptamínu 3 (5-HT3R) a receptora neurokinínu 1 (NK1R) úspešne predchádza vracaniu aj nevoľnosti. To však ponecháva niekoľko otázok nezodpovedaných, vrátane zapojených buniek, ich projekcií a molekulárnych signálov, ktoré sprostredkúvajú túto odpoveď.

O štúdiu

Súčasná štúdia využíva na zodpovedanie takýchto otázok laboratórne myši. Hoci myši nevykazujú emetickú reakciu na vracanie, môžu prejavovať podmienené vyhýbanie sa chuti a zdá sa, že gagujú, čo z nich robí vhodný zvierací model.

Myši boli vystavené stafylokokovému enterotoxínu A (SEA), ktorý spôsobuje otravu jedlom a zvracanie. Zistilo sa, že to spúšťa zvláštnu reakciu na otvorenie úst, ktorá trvá asi päťkrát dlhšie, ako aj širšie rozšírenie čeľuste ako spontánne reakcie. Toto sa podobalo správaniu podobnému duseniu a sprevádzali ho synchrónne elektromyografické nálezy bránice a brušných svalov.

Hoci ide o inspiračné a exspiračné reakcie, vykazovali simultánne výbuchy aktivity, na rozdiel od striedavej aktivity typickej pre normálne dýchanie u myší. Okrem toho počas tejto svalovej akcie bránica vykazovala robustnejšiu a rýchlejšiu aktivitu počas fázy otvárania ako počas fázy zatvárania úst, čo podporuje hypotézu, že ide o typ dusenia.

SEA tiež indukovala CFA u myší, pričom CFA aj dávenie boli znížené granisetronom, antagonistom 5HT3R, a CP-99994, blokátorom NK1R. To naznačuje, že SEA pôsobí prostredníctvom obvodov zahŕňajúcich tieto receptory.

Výsledky štúdie

Ako naznačil predchádzajúci výskum, vedci zistili, že blúdivý nerv sprostredkúva zvracanie v reakcii na toxíny. Okrem toho rezanie bránicových vetiev blúdivého nervu na oboch stranách významne znížilo dávenie aj CFA u myší.

E-Book Protilátky

Kompilácia top rozhovorov, článkov a noviniek za posledný rok. Stiahnite si bezplatnú kópiu

Pomocou metód genetického značenia bola identifikovaná populácia neurónov Hrt3a+. Tieto vagové senzorické neuróny nesú signály spúšťané toxínmi, keď sa stretnú s enterochromafínovými bunkami. Tieto signály nakoniec dosiahnu Tac1+ neuróny v DVC.

Chemogenetická inaktivácia neurónov DVC spôsobila znížené dusenie v reakcii na SEA. Tieto zistenia naznačujú prítomnosť osi čreva a mozgu, ktorá sprostredkúva dávenie vyvolané SEA a CFA.

Viac ako tretina neurónov DVC Tac1+ bola aktivovaná pomocou SEA. Je známe, že tieto neuróny produkujú neurotransmitery, ako je glutamát a špecifické neuropeptidy kódované Tacl+.

Špecifické neuropeptidy kódované Tac1+ sa viažu na NK1R, dôležitý signál zvracania, čo podporuje teóriu, že tieto proteíny, ako napríklad glutamát, sú kľúčom k nevoľnosti a dáveniu, keď je zviera vystavené SEA. Toto sa nezistilo u iných DVC neurónov alebo iných emetických látok, ako je chlorid lítny.

Zistilo sa, že dlhá dráha s jednou synapsiou priamo spája neuróny Tac1 + so špecifickými vagálnymi senzorickými neurónmi Hrt3a + na rovnakej strane a viacerými oblasťami mozgu. Zdá sa, že tieto vagové neuróny reagujú na 5-HT z enterochromafínových buniek, pričom nervové zakončenia 5-HT sú v tesnej blízkosti enterochromafínových buniek. Okrem toho enterochromafínové bunky pravdepodobne sprostredkovávajú selektívnu odpoveď na SEA.

Tento Tacl+-Hrt3a+-enterochromafínový okruh tvorí dráhu čreva a mozgu, ktorá sprostredkúva obrannú nevoľnosť, vracanie a dávenie v reakcii na SEA. Neuróny Tac1+ určujú, ako dlho a intenzívne je každý dusivý pohyb v reakcii na signály prenášané vagálnymi senzorickými neurónmi Hrt3a+ v čreve.

Stimulácia týchto neurónov optogenetickými signálmi viedla k správaniu podobnému duseniu v závislosti od dávky. Toto bolo potvrdené chemogenetickou aktiváciou vedúcou k CFA.

"Tieto údaje naznačujú, že aktivácia neurónov Tac1 + DVC je dostatočná na spustenie obranných reakcií u myší."

Neuróny DVC sa premietajú do rôznych oblastí mozgu v závislosti od ich umiestnenia v DVC. V dôsledku toho rôzne podskupiny spôsobovali selektívne dávenie alebo CFA v reakcii na SEA.

Chemogenetická aktivácia skutočne potvrdila, že každá z týchto reakcií bola selektívna pre špecifickú podskupinu. Tie sú reprezentované signálnymi dráhami Tac1+ DVC-rVRG a DVC-LPB.

Prvý z nich môže byť spôsobený náborom respiračných neurónov, čo následne vedie k reakciám podobným gag. Druhý môže zahŕňať neuróny CGRP+, ktoré sprostredkovávajú učenie podmienenej averzie chuti (CTA), čím spôsobujú CFA.

Zdá sa, že Tac1+ neuróny tiež prispievajú k chemoterapiou indukovaným dusivým a CFA reakciám, s rovnakou selektivitou reakcie pozorovanou pre rôzne podskupiny neurónov po intraperitoneálnej injekcii chemoterapeutického lieku doxorubicínu.

Je zaujímavé, že experimenty in vitro naznačujú nepriamu aktiváciu cirkulácie čreva a mozgu pomocou SEA a doxorubicínu, pretože priama expozícia týmto toxínom neaktivovala nazogastrické (NG) alebo enterochromafínové bunky. Zdá sa, že toxíny pôsobia tak, že vyvolávajú zápal, ktorý spôsobuje uvoľňovanie interleukínu 33 (IL-33). Táto molekula alarmínu sa viaže na svoj receptor na enterochromafínových bunkách, čím spôsobuje uvoľňovanie 5HT, ktoré stimuluje vagové senzorické bunky.

Aké sú účinky?

Súčasná štúdia uvádza existenciu signálnej dráhy čreva a mozgu, ktorá sprostredkúva zvracanie a nevoľnosť vyvolanú toxínmi prostredníctvom dvoch rôznych systémov mozgových okruhov u myší. Vypudením potravy zo žalúdka tieto reakcie chránia hostiteľa pred toxínmi v potrave.

Bola odhalená existencia Tac1+ buniek, ktoré sú podskupinou DVC buniek, ktoré sú kľúčové pre tieto toxínmi indukované obrany. Do týchto reakcií môže byť zapojená aj ďalšia podskupina buniek známych ako AP neuróny.

Further studies should investigate the reason for the residual choking-like behavior after ablation of the diaphragmatic vagal innervation, which could be due to the role of the efferent spinal nerves. Je potrebné preskúmať aj účinky ablácie viacerých génov v populácii neurónov Tac1+ na toxínmi indukovanú obranu.

Referencia:

• 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.

.