Studiare il ruolo dell'asse intestino-cervello nelle reazioni di difesa

Studiare il ruolo dell'asse intestino-cervello nelle reazioni di difesa

In uno studio recentemente pubblicato su Rapporti di cella I ricercatori hanno esaminato la funzione dell'asse intestino-cervello nelle reazioni di difesa indotte dalle tossine.

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

sfondo

Negli ultimi decenni sono state condotte numerose ricerche sulla neurobiologia delle reazioni di difesa indotte dalle tossine. Gli studi dimostrano che un asse intestino-cervello è collegato al vomito e alla nausea indotti dalle tossine. Ci sono domande importanti che devono essere affrontate riguardo ai meccanismi alla base dell’asse intestino-cervello.

Innanzitutto, non è ancora noto quale nucleo essenziale dei sottotipi neuronali del tratto solitario (NTS) e delle reti efferenti coordini le risposte protettive indotte dalle tossine. In secondo luogo, sono necessarie ricerche approfondite per comprendere la struttura molecolare e le proprietà fisiologiche dei neuroni sensoriali vagali che formano l’asse intestino-cervello.

In terzo luogo, occorre approfondire anche i meccanismi cellulari dell’intestino, essenziali per le reazioni di difesa indotte dalle tossine.

A proposito di studiare

Nel presente studio, i ricercatori hanno valutato le risposte di difesa suscitate dalle tossine batteriche utilizzando un paradigma basato sul topo.

Il team ha utilizzato i topi per creare un modello delle risposte di difesa prodotte dalle tossine. L'intossicazione alimentare negli animali emetici è causata dall'enterotossina stafilococcica A (SEA), un'esotossina prodotta dallo Staphylococcus aureus. Dopo l'iniezione intraperitoneale di SEA, il comportamento dei topi è stato osservato per tre ore. È stato osservato l'angolo della bocca aperta dei topi ed è stato registrato l'andamento temporale di questo angolo per definire i movimenti di apertura della bocca. Il periodo in cui l’angolo di apertura era superiore a 0,13 dell’angolo di picco è stato chiamato fase “aperta” dell’apertura della bocca nei topi trattati con SEA. Sono stati inoltre quantificati l'angolo massimo e la durata delle attività di apertura della bocca nei topi trattati con soluzione salina o SEA. Il team ha anche osservato le azioni di questi muscoli nei soggetti.

Il team ha condotto due studi di controllo per saperne di più sul comportamento di soffocamento. Anche i movimenti di apertura della bocca fanno parte della risposta di apertura suscitata dalla somministrazione intraorale di stimoli amari come il chinino. Successivamente, i ricercatori hanno esaminato se diversi farmaci emetici potessero indurre i topi a mostrare un comportamento simile al vomito. Come parte del paradigma di studio per il CFA indotto dalla SEA, è stato determinato l'indice di evitamento del sapore condizionato (CFA), che deriva dalla divisione del tempo trascorso a consumare l'aroma condizionato per il tempo totale trascorso a bere. Inoltre, è stata valutata la somiglianza tra il comportamento simile al conato indotto dalla SEA e il CFA con il vomito indotto dalle tossine nelle specie emetiche.

Risultati

Tutti i topi trattati con SEA hanno mostrato un comportamento aberrante di apertura della bocca, mentre i topi trattati con soluzione salina no. I movimenti di apertura della bocca dei topi trattati con soluzione salina hanno mostrato sporadicamente una piccola ampiezza e non sono durati a lungo. Sono stati osservati due gruppi di comportamenti di apertura della bocca nei topi trattati con SEA. Il comportamento spontaneo dell’apertura della bocca dei topi trattati con soluzione salina è stato imitato da un gruppo di movimenti, ma l’altro gruppo ha mostrato un’ampiezza maggiore e una durata più lunga. Le prime ricerche hanno confrontato il comportamento di apertura della bocca indotto dalla SEA con il “soffocamento nei topi”.

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Il team ha anche scoperto che il diaframma, insieme agli obliqui esterni, erano coinvolti nell’attività simultanea dell’elettromiogramma a raffica (EMG) a causa dell’attività di apertura della bocca innescata dalla SEA. La respirazione normale si verificava contemporaneamente all'attività EMG alternata di questi muscoli nei topi di controllo. La frequenza e l’ampiezza dell’EMG del diaframma durante la fase “aperta” delle attività di apertura della bocca nei topi trattati con SEA erano significativamente più elevate rispetto a quelle durante la fase “chiusa”. Questi risultati forniscono la prova fisiologica che il comportamento unico di apertura della bocca causato dalla SEA nei topi è un movimento simile al conati di vomito.

Il team ha scoperto che quando i topi venivano esposti a queste enterotossine, mostravano un comportamento conati di vomito, con la quantità di tempo che trascorrevano ad aprire la bocca influenzata dal dosaggio di ciascuna enterotossina. Inoltre, i topi hanno mostrato un comportamento simile al bavaglio in risposta ad ulteriori agenti emetici come il solfato di rame e la protoveratrina A. Inoltre, i topi trattati con SEA hanno sviluppato CFA in uno schema dose-dipendente.

Il pretrattamento con un antagonista antiemetico del recettore della neurochinina-1 (NK1R) chiamato CP-99994 ha ridotto il comportamento simile alla nausea e il CFA indotti dalla SEA. Granisetron, un antagonista 5-HT3R, ha anche ridotto il CFA indotto dalla SEA e il comportamento simile al vomito. Questi risultati implicano che SEA innesca risposte di difesa nei topi che si affidano a segnali mediati da NK1R e 5-HT3R. Pertanto, i ricercatori hanno studiato i meccanismi alla base delle risposte di difesa indotte dalle tossine nei topi utilizzando il paradigma sperimentale sviluppato.

Quando questi neuroni sono stati inattivati ​​chemiogeneticamente con una dose intraperitoneale di clozapina N-ossido (CNO), il comportamento di soffocamento indotto da SEA e CFA è stato inibito. Questi risultati hanno dimostrato che le risposte di difesa indotte dalla SEA nei topi coinvolgono un asse intestino-cervello. Le risposte di difesa indotte dalla doxorubicina erano significativamente ridotte quando inattivate chemiogeneticamente dai neuroni Tac1+ DVC. La delezione del gene Tac1 nel DVC o la delezione Slc17a6 nei neuroni Tac1+ DVC hanno entrambe fortemente ridotto le risposte di difesa indotte dalla doxorubicina. La delezione di Tph1 nelle cellule epiteliali intestinali Vil1+ ha impedito la produzione di 5-HT nelle cellule EC, riducendo notevolmente le risposte di difesa indotte dalla doxorubicina.

A differenza del CFA, il comportamento conati di vomito indotto dalla doxorubicina è stato ridotto selettivamente dall'inibizione chemogenetica dei neuroni Tac1+ DVC che proiettano rVRG. Invece di influenzare il comportamento di soffocamento, l’ablazione chemiogenetica dei neuroni Tac1+ DVC che proiettano LPB ha ridotto specificamente il CFA indotto dalla doxorubicina. Questi risultati implicano che i neuroni Tac1+ DVC possono anche essere cruciali nelle risposte immunitarie indotte dalla chemioterapia nei topi.

Nel complesso, i risultati dello studio hanno evidenziato che il paradigma sviluppato dai ricercatori è stato in grado di identificare in modo efficiente circuiti cerebrali distinti coinvolti nel coordinamento delle risposte di difesa indotte dalle tossine nei topi e un circuito intestino-cervello molecolarmente definito coinvolto nella trasmissione dei segnali correlati alle tossine.

Riferimento:

• 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

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