吃了受污染的食物后呕吐的冲动是身体排除细菌毒素的自然防御反应。然而，我们的大脑在检测到细菌后如何启动这种生物反应的过程仍然难以捉摸。研究人员首次绘制出小鼠从肠道到大脑的防御反应的详细神经通路。这项研究于 11 月 1 日发表在《细胞》杂志上，可以帮助科学家为接受化疗的癌症患者开发更好的抗恶心药物。
许多食源性细菌在摄入后会在宿主体内产生毒素。大脑在感知到它们的存在后，会引发一系列生物反应，包括呕吐和恶心，以摆脱这些物质，并对味道或外观相同的食物产生厌恶感。
“但信号如何从肠道传递到大脑的细节尚不清楚，因为科学家无法在老鼠身上研究这一过程，”该论文的通讯作者、北京国家生物科学研究所的曹鹏说。啮齿动物不能呕吐，可能是因为它们的食道较长，并且与体型相比肌肉力量较弱。因此，科学家们一直在研究狗和猫等其他动物的呕吐物，但这些动物的研究并不全面，因此未能揭示恶心和呕吐的机制。
曹和他的团队注意到，虽然老鼠不呕吐，但它们会干呕——这意味着它们也会有呕吐但不呕吐的冲动。研究小组发现，在接受金黄色葡萄球菌产生的一种常见的细菌毒素葡萄球菌肠毒素 A (SEA) 后，小鼠会出现异常张嘴的情况。
接受 SEA 的小鼠张开嘴的角度比在对照组中观察到的更宽，在对照组中，小鼠接受盐水。此外，在这些发作期间，经 SEA 处理的小鼠的横膈膜和腹肌同时收缩，这种模式在狗呕吐时可见。在正常呼吸过程中，动物的横膈膜和腹肌交替收缩。
“干呕的神经机制类似于呕吐。在这个实验中，我们成功地建立了一个研究毒素引起的小鼠干呕的范例，我们可以从分子和细胞上研究大脑对毒素的防御反应。水平，”曹说。
在用 SEA 治疗的小鼠中，研究小组发现肠道中的毒素会激活肠腔内壁上的肠嗜铬细胞释放血清素(一种神经递质)。释放的血清素与位于肠道的迷走神经感觉神经元上的受体结合，将信号沿着迷走神经从肠道传递到脑干背侧迷走神经复合体中的特定类型神经元——Tac1+DVC 神经元。当 Cao 和他的团队灭活 Tac1+DVC 神经元时，与具有正常 Tac1+DVC 神经元活动的小鼠相比，SEA 处理的小鼠干呕更少。
此外，研究小组还研究了化疗药物是否会激活相同的神经通路，这些药物也会在受体中引起恶心和呕吐等防御反应。他们给小鼠注射了一种常见的化疗药物阿霉素。该药物使小鼠干呕，但当研究小组灭活它们的 Tac1+ DVC 神经元或肠嗜铬细胞的血清素合成时，动物的干呕行为显着减少。
曹说，目前用于化疗接受者的一些抗恶心药物，如格拉司琼，通过阻断血清素受体起作用。该研究有助于解释药物为何起作用。
“通过这项研究，我们现在可以更好地了解恶心和呕吐的分子和细胞机制，这将有助于我们开发更好的药物，”曹说。
接下来，曹和他的同事们想探索毒素如何作用于肠嗜铬细胞。初步研究表明，肠嗜铬细胞不能直接感知毒素的存在。该过程可能涉及肠道中受损细胞的复杂免疫反应。
“除了食源性细菌，人类还会遇到很多病原体，我们的身体也配备了类似的机制来排出这些有毒物质。例如，咳嗽是我们身体去除冠状病毒的尝试。这是一个令人兴奋的新研究领域大脑如何感知病原体的存在并启动反应以消除它们，”曹说，并补充说未来的研究可能会揭示新的和更好的药物靶点，包括抗恶心药物。
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