Zkoumání role osy střevo-mozek v obranných reakcích

Zkoumání role osy střevo-mozek v obranných reakcích

V nedávno publikované studii v Zprávy buňky Vědci zkoumali funkci osy střevo-mozek v obranných reakcích vyvolaných toxiny.

Lernen: Die Darm-Hirn-Achse für Toxin-induzierte Abwehrreaktionen. Bildnachweis: Pikovit/Shutterstock

pozadí

V posledních desetiletích bylo provedeno mnoho výzkumů v oblasti neurobiologie obranných reakcí vyvolaných toxiny. Studie ukazují, že osa střevo-mozek je spojena se zvracením a nevolností vyvolaným toxiny. Existují důležité otázky, které je třeba vyřešit, pokud jde o mechaniku, která je základem osy střevo-mozek.

Za prvé, stále není známo, které základní jádro neuronových podtypů a eferentních sítí osamělého traktu (NTS) koordinuje ochranné reakce vyvolané toxiny. Za druhé, k pochopení molekulární struktury a fyziologických vlastností vagových senzorických neuronů, které tvoří osu střevo-mozek, je zapotřebí rozsáhlý výzkum.

Za třetí je třeba dále zkoumat buněčné mechanismy ve střevě, které jsou nezbytné pro obranné reakce vyvolané toxiny.

O studiu

V této studii vědci hodnotili obranné reakce vyvolané bakteriálními toxiny pomocí paradigmatu založeného na myších.

Tým použil myši k vytvoření modelu obranných reakcí produkovaných toxiny. Otrava jídlem u zvířat s zvracením je způsobena stafylokokovým enterotoxinem A (SEA), exotoxinem produkovaným Staphylococcus aureus. Po intraperitoneální injekci SEA bylo po dobu tří hodin pozorováno chování myší. Byl pozorován úhel otevřených úst myší a časový průběh tohoto úhlu byl zaznamenáván pro definování pohybů při otevírání úst. Období, kdy úhel otevření byl větší než 0,13 vrcholového úhlu, se nazývalo „otevřená“ fáze otevírání úst u myší léčených SEA. Byl také kvantifikován maximální úhel a trvání činností otevření úst u myší léčených fyziologickým roztokem nebo SEA. Tým také pozoroval činnost těchto svalů u subjektů.

Tým provedl dvě kontrolní studie, aby se dozvěděl více o chování při dušení. Pohyby při otevírání úst jsou také součástí zející reakce vyvolané intraorálním podáváním hořkých podnětů, jako je chinin. Dále vědci zkoumali, zda různé léky na zvracení mohou způsobit, že myši vykazují chování podobné dávení. Jako součást paradigmatu studie pro CFA vyvolané SEA byl stanoven index vyhýbání se příchuti (CFA), který je odvozen z dělení času stráveného konzumací upravené příchutě celkovou dobou strávenou pitím. Dále byla hodnocena podobnost mezi chováním podobným dávení vyvolaným SEA a CFA se zvracením vyvolaným toxinem u emetických druhů.

Výsledky

Všechny myši ošetřené SEA vykazovaly aberantní chování při otevírání úst, zatímco myši ošetřené fyziologickým roztokem nikoli. Pohyby při otevírání úst myší ošetřených fyziologickým roztokem vykazovaly sporadicky malou amplitudu a netrvaly dlouho. U myší ošetřených SEA byly pozorovány dva shluky chování při otevírání úst. Chování spontánního otevírání úst myší léčených fyziologickým roztokem bylo napodobeno jedním pohybovým shlukem, ale druhý shluk vykazoval silnější amplitudu a delší trvání. Dřívější výzkum porovnával chování při otevírání úst vyvolané SEA s „dusením u myší“.

Elektronická kniha Omics

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

Tým také zjistil, že bránice spolu s vnějšími šikmými částmi byly zapojeny do aktivity simultánního prasknutí elektromyogramu (EMG) v důsledku aktivity otevírání úst vyvolané SEA. Normální dýchání probíhalo současně se střídající se EMG aktivitou těchto svalů u kontrolních myší. Frekvence a amplituda EMG bránice během „otevřené“ fáze činností otevírání úst u myší léčených SEA byly významně vyšší než ty během „zavřené“ fáze. Tyto výsledky poskytují fyziologický důkaz, že jedinečné chování při otevírání úst způsobené SEA u myší jsou pohyby podobné dávení.

Tým zjistil, že když byly myši vystaveny těmto enterotoxinům, vykazovaly dávivé chování, přičemž množství času, které strávily otevíráním úst, bylo ovlivněno dávkou každého enterotoxinu. Kromě toho myši vykazovaly chování podobné dávení v reakci na další emetika, jako je síran měďnatý a protoveratrin A. Dále se u myší léčených SEA vyvinul CFA v závislosti na dávce.

Předběžná léčba antiemetickým antagonistou receptoru neurokininu-1 (NK1R) zvaným CP-99994 snížila chování podobné nevolnosti vyvolané SEA a CFA. Granisetron, antagonista 5-HT3R, také snižoval CFA indukované SEA a chování podobné dávení. Tyto výsledky naznačují, že SEA spouští obranné reakce u myší, které se spoléhají na signály zprostředkované NK1R a 5-HT3R. Proto vědci zkoumali mechanismy za obrannými reakcemi vyvolanými toxiny u myší pomocí vyvinutého experimentálního paradigmatu.

Když byly tyto neurony chemogeneticky inaktivovány intraperitoneální dávkou klozapin N-oxidu (CNO), bylo inhibováno dusivé chování vyvolané SEA a také CFA. Tyto výsledky ukázaly, že obranné reakce vyvolané SEA u myší zahrnují osu střevo-mozek. Doxorubicinem indukované obranné reakce byly významně sníženy, když byly chemogeneticky inaktivovány Tac1+ DVC neurony. Delece genu Tac1 v DVC nebo delece Slc17a6 v neuronech Tac1+ DVC obě silně redukovaly obranné reakce vyvolané doxorubicinem. Delece Tph1 v buňkách střevního epitelu Vil1+ zabránila produkci 5-HT v buňkách EC, což značně snížilo obranné reakce vyvolané doxorubicinem.

Na rozdíl od CFA bylo doxorubicinem indukované dávení selektivně redukováno chemogenetickou inhibicí rVRG-projektujících Tacl+ DVC neuronů. Namísto ovlivnění dusivého chování chemogenetická ablace LPB-projektujících Tac1+ DVC neuronů specificky snížila doxorubicinem indukovanou CFA. Tyto výsledky naznačují, že Tac1+ DVC neurony mohou být také klíčové v imunitních reakcích indukovaných chemoterapií u myší.

Celkově výsledky studie zdůraznily, že paradigma vyvinuté výzkumníky bylo schopno účinně identifikovat odlišné mozkové okruhy zapojené do koordinace obranných reakcí vyvolaných toxiny u myší a molekulárně definovaný okruh střeva do mozku zapojený do přenosu signálů souvisejících s toxiny.

Odkaz:

• Zhiyong Xie, Xianying Zhang, Miao Zhao, Fengchao Wang, Congping Shang, Peng Cao. (2022). Die Darm-Hirn-Achse für Toxin-induzierte Abwehrreaktionen. doi: https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.10.001 https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0092-8674(22)01314-9

.