Znanstveniki preslikavajo živčne poti, ki vodijo do bruhanja po zaužitju okužene hrane

Znanstveniki preslikavajo živčne poti, ki vodijo do bruhanja po zaužitju okužene hrane

V večini primerov lahko prisotnost toksinov v hrani povzroči slabost in bruhanje. To so fizične obrambe, katerih cilj je zmanjšati trajanje izpostavljenosti toksinu. Poti, po katerih možgani zaznavajo prisotnost takih toksinov in sinhronizirajo različne obrambne mehanizme, ostajajo slabo razumljene.

Naučite se: Os črevesja in možganov za obrambne reakcije, ki jih povzročajo toksini.Avtor fotografije: Drawlab19 / Shutterstuck.com

Nov celica Članek v reviji opisuje sistem, s katerim črevesno-možganske poti usklajujejo z možganskimi vezji, da sprožijo te obrambne odzive. To vključuje nabor nevronov, imenovanih Htr3a+, ki delujejo na dorzalni vagalni kompleks (DVC), da povzročijo bruhanje in refleksno izogibanje določenim okusom.

Rezultati študije kažejo, da te reakcije sprožita tako kemoterapija kot zastrupitev s hrano, pri čemer ti toksini delujejo prek skupnega sklopa tokokrogov.

uvod

Bruhanje in bruhanje vključujeta motorične odzive, ki se sprožijo refleksno, čeprav jih sprožijo možgani. Te spremlja občutek slabosti, kar osebi pomaga prepoznati strupeno snov, da bi se ji v prihodnosti izognila. Ta pojav je znan kot pogojno izogibanje okusu (CFA).

Slabost in bruhanje sta najpogostejša stranska učinka kemoterapije. To je privedlo do intenzivnih raziskav mehanizma, po katerem nastanejo te reakcije. Nekatere študije so pokazale, da je os črevesje-možgani glavni vzrok obeh reakcij, ko je telo izpostavljeno enterotoksinu ali kemoterapevtskemu zdravilu.

Vagotomija kot tudi uporaba blokatorjev receptorja 5-hidroksitriptamina 3 (5-HT3R) in receptorja nevrokinina 1 (NK1R) uspešno preprečujeta tako bruhanje kot slabost. Vendar to pušča več vprašanj neodgovorjenih, vključno z vpletenimi celicami, njihovimi projekcijami in molekularnimi signali, ki posredujejo ta odziv.

O študiju

Sedanja študija uporablja laboratorijske miši za odgovore na takšna vprašanja. Čeprav miši ne kažejo emetičnega odziva na emetike, lahko kažejo pogojno izogibanje okusu in zdi se, da gagajo, zaradi česar so primeren živalski model.

Miši so bile izpostavljene stafilokoknemu enterotoksinu A (SEA), ki povzroča zastrupitev s hrano in bruhanje. Ugotovljeno je bilo, da to sproži nenavaden odziv na odpiranje ust, ki traja približno petkrat dlje, kot tudi širše izteg čeljusti kot spontani odzivi. To je spominjalo na vedenje, podobno zadušitvi, spremljali pa so ga sinhroni elektromiografski izvidi diafragme in trebušnih mišic.

Čeprav sta to odziva na vdih in izdih, sta pokazala hkratne izbruhe aktivnosti, v nasprotju z izmenično aktivnostjo, značilno za normalno dihanje pri miših. Poleg tega je med tem delovanjem mišic diafragma pokazala močnejšo in hitrejšo aktivnost med fazo odpiranja kot med fazo zapiranja ust, kar podpira hipotezo, da gre za vrsto dušenja.

SEA je povzročil tudi CFA pri miših, pri čemer sta CFA in bruhanje zmanjšala granisetron, antagonist 5HT3R, in CP-99994, zaviralec NK1R. To nakazuje, da SEA deluje prek tokokrogov, ki vključujejo te receptorje.

Rezultati študije

Kot so pokazale prejšnje raziskave, so znanstveniki ugotovili, da vagusni živec posreduje pri bruhanju kot odziv na toksine. Poleg tega je rezanje diafragmatičnih vej vagusnega živca na obeh straneh znatno zmanjšalo tako bruhanje kot CFA pri miših.

E-knjiga Protitelesa

Zbirka najboljših intervjujev, člankov in novic zadnjega leta. Prenesite brezplačno kopijo

Z metodami genetskega označevanja je bila identificirana populacija nevronov Hrt3a+. Ti vagalni senzorični nevroni prenašajo signale, ki jih sprožijo toksini, ko naletijo na enterokromafine celice. Ti signali sčasoma dosežejo nevrone Tac1+ v DVC.

Kemogenetska inaktivacija nevronov DVC je povzročila zmanjšano dušenje kot odziv na SEA. Te ugotovitve kažejo na prisotnost osi črevesje-možgani, ki posreduje pri bruhanju, ki ga povzroči SEA, in CFA.

Več kot tretjina nevronov DVC Tac1+ je bila aktivirana s SEA. Znano je, da ti nevroni proizvajajo nevrotransmiterje, kot so glutamat in specifični nevropeptidi, kodirani s Tac1+.

Specifični nevropeptidi, kodirani s Tac1+, se vežejo na NK1R, pomemben signal za bruhanje, ki podpira teorijo, da so ti proteini, tako kot glutamat, ključni za slabost in bruhanje, ko je žival izpostavljena SEA. Tega niso ugotovili pri drugih nevronih DVC ali drugih emetikih, kot je litijev klorid.

Ugotovljeno je bilo, da dolga pot z eno sinapso neposredno povezuje nevrone Tac1+ s specifičnimi vagalnimi senzoričnimi nevroni Hrt3a+ na isti strani in več možganskih področij. Zdi se, da se ti vagalni nevroni odzivajo na 5-HT iz enterokromafinskih celic, pri čemer so živčni končiči 5-HT v neposredni bližini enterokromafinskih celic. Poleg tega enterokromafinske celice verjetno posredujejo pri selektivnem odzivu na SEA.

To vezje Tac1+-Hrt3a+-enterokromafina tvori črevesno-možgansko pot, ki posreduje obrambno slabost, bruhanje in bruhanje kot odziv na SEA. Nevroni Tac1+ določajo, kako dolgo in intenzivno je vsako dušenje kot odgovor na signale, ki jih prenašajo vagalni senzorični nevroni Hrt3a+ v črevesju.

Stimulacija teh nevronov z optogenetskimi signali je povzročila dušenje podobno vedenje na način, odvisen od odmerka. To je bilo potrjeno s kemogenetično aktivacijo, ki vodi do CFA.

"Ti podatki kažejo, da aktivacija nevronov Tac1+ DVC zadostuje za sprožitev obrambnih odzivov pri miših."

Nevroni DVC projicirajo v različna področja možganov, odvisno od njihove lokacije v DVC. Posledično so različne podskupine povzročile selektivno bruhanje ali CFA kot odziv na SEA.

Dejansko je kemogenetska aktivacija potrdila, da je bil vsak od teh odzivov selektiven za določeno podskupino. Te predstavljata signalni poti Tac1+ DVC-rVRG oziroma DVC-LPB.

Prvi od teh je lahko posledica rekrutiranja dihalnih nevronov, kar posledično vodi do odzivov, podobnih bruhanju. Drugi lahko vključuje CGRP+ nevrone, ki posredujejo pri učenju pogojnega odpora do okusa (CTA) in s tem povzročijo CFA.

Zdi se, da tudi nevroni Tac1+ prispevajo k odzivom, podobnim zadušitvi in ​​CFA, ki jih povzroči kemoterapija, z enako selektivnostjo odziva, opaženo za različne podskupine nevronov po intraperitonealni injekciji kemoterapevtskega zdravila doksorubicin.

Zanimivo je, da so poskusi in vitro pokazali posredno aktivacijo črevesno-možganskega obtoka s SEA in doksorubicinom, saj neposredna izpostavljenost tem toksinom ni aktivirala nazogastričnih (NG) ali enterokromafinskih celic. Zdi se, da toksini delujejo tako, da povzročijo vnetje, ki povzroči sproščanje interlevkina 33 (IL-33). Ta molekula alarmina se veže na svoj receptor na enterokromafinskih celicah in s tem povzroči sproščanje 5HT, ki stimulira vagalne senzorične celice.

Kakšni so učinki?

Trenutna študija poroča o obstoju črevesno-možganske signalne poti, ki posreduje s toksini povzročeno bruhanje in slabost prek dveh različnih sistemov možganskega vezja pri miših. Z izločanjem hrane iz želodca te reakcije zaščitijo gostitelja pred toksini v hrani.

Razkrit je bil obstoj celic Tac1+, ki so podmnožica celic DVC, ki so ključne za obrambo, ki jo povzročajo toksini. V te odzive je lahko vključena tudi druga podskupina celic, znanih kot nevroni AP.

Nadaljnje študije bi morale raziskati razlog za preostalo dušenje podobno vedenje po ablaciji diafragmatične vagalne inervacije, ki bi lahko bila posledica vloge eferentnih spinalnih živcev. Prav tako je treba še raziskati učinke ablacije več genov v populaciji nevronov Tac1+ na obrambo, ki jo povzroči toksin.

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.

.