肠-脑连接是一个复杂的双向信号级联，负责保持消化系统正常工作，但当消化系统崩溃时可能会导致问题。该轴的关键部分是结肠，它从食物中提取水分和营养物质，并将废物排出体外。这个重要的器官与一系列胃肠道疾病有关，包括便秘、腹泻、疼痛和炎症。
现在，哈佛医学院的研究人员首次定义了结肠中将信号传递到大脑的五种不同的感觉神经元亚型。
在一项于8 月 3 日发表在《细胞》杂志上的小鼠身上进行的新研究中，研究人员发现，一些神经元专门负责感知温和的力量，例如穿过结肠的物质，而另一些神经元则感知更强烈的力量，例如疼痛。
研究人员表示，如果在人类身上得到证实，他们的发现可以帮助科学家开发出更有效的疗法来治疗结肠脑传感系统出错时出现的疾病。
“患者经常抱怨胃肠系统的感觉和疼痛，但我们对支配肠道并让我们对不同刺激做出反应的感觉神经元知之甚少，”主要作者、神经生物学研究员 Rachel Wolfson说。他是英国皇家医学院的博士生，也是马萨诸塞州总医院的胃肠病学研究员。
从皮肤到结肠
大卫·金蒂(David Ginty)和他实验室的科学家们花了多年时间研究皮肤中的感觉神经元如何与大脑沟通以形成我们的触觉。他们开发了精确的遗传工具来标记感觉神经元的亚型，并使用这些工具来揭示有关皮肤感觉神经元的结构、组织和功能的基本信息。
然而，尽管关于触觉神经元的科学知识不断增长，但很少有研究关注于了解身体其他部位(包括胃肠系统)的神经元。
“我们已经了解了很多关于进入皮肤的神经元的知识，但对投射到结肠等其他器官的神经元的特性仍然知之甚少，”神经生物学教授金蒂说。英国皇家医学院布拉瓦尼克研究所的博士生，也是这篇新论文的资深作者。
为了解决这个研究不足的领域，Ginty 与神经生物学家和胃肠系统临床专家 Wolfson 合作。
沃尔夫森采用了金蒂实验室开发的基因标记小鼠模型，并将其重新用于研究结肠中的神经元。她发现皮肤中的五种感觉神经元亚型也存在于结肠中。然而，结肠神经元和触觉神经元具有不同的形状，并且结肠神经元的亚型在形状上也彼此不同。
“我们知道形式是功能的基础，因此结肠神经元看起来彼此不同的事实让我们认为它们具有不同的功能，”沃尔夫森说。
为了研究功能，沃尔夫森用气球拉伸结肠——模仿自然发生的扩张——并记录不同类型神经元的活动。
两种类型对轻微的力有反应，类似于消化的食物或粪便穿过结肠时可能发生的轻微拉伸。另外两种类型对强烈的力量有反应，例如更极端的拉伸。当沃尔夫森人为激活这些高强度神经元时，小鼠的表现就好像它们感到疼痛一样。当她移除具有最高力阈值的神经元时，疼痛反应减弱。引发小鼠炎症会导致其中一种疼痛感知神经元亚型变得更加反应。
有趣的是，这些作用映射到皮肤神经元的作用，表明功能可能在各个器官系统中保持保守。
该研究为结肠感觉的基本神经生物学机制提供了重要的见解。
“我们第一次能够弄清楚支配结肠的神经元的解剖结构、生理学和功能，”金蒂说。
寻找胃肠道问题的治疗方法
在短期内，研究人员希望了解为什么结肠神经元看起来与皮肤神经元不同，以及这些形式上的差异如何转化为它们行为方式的差异。
金蒂说：“这一发现确实具有挑战性，为理解神经元如何将机械力转化为电信号(神经系统的货币)提供了一个完全不同的方向。”
从长远来看，沃尔夫森计划研究胃肠道其他部分的神经元。她还想探索结肠神经元如何对其他刺激做出反应，例如毒素或血流不足，这些刺激可能导致腹痛。
虽然结果首先必须在人类身上得到证实，但研究人员表示，他们的工作有一天可能会为开发针对各种胃肠道疾病的更好疗法提供信息。
“我们对肠道神经支配的了解已有 100 年之久，但现代神经科学工具使我们能够深入研究并了解其工作原理，这将成为治疗结肠问题的治疗方法的平台，”Ginty 说。
针对低力神经元可能有助于治疗便秘和腹泻等与运动相关的疾病，而针对高力神经元可能有助于治疗源自结肠的疼痛。特别令人感兴趣的是对炎症敏感的神经元亚型，炎症是炎症性肠病患者的疼痛来源。
沃尔夫森说：“在我们用抗炎药物控制炎症的同时，有一种方法可以靶向这些神经元来治疗患者的疼痛，这是一个巨大的治疗需求。”
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