腸道神經(jīng)元是腸道生理的重要調(diào)節(jié)因子，但它們對腸道中不同微生物和免疫環(huán)境的反應(yīng)以及在挑戰(zhàn)期間的反應(yīng)仍然知之甚少。

近期，海南醫(yī)科大學(xué)（海南省醫(yī)學(xué)科學(xué)院）新藥研發(fā)與轉(zhuǎn)化中心譚鵬研究員以第一作者身份在Science在線發(fā)表題為“Regional encoding of enteric nervous system responses to microbiota and type 2 inflammation”的研究論文，該研究對非生物、過敏和寄生蟲感染小鼠的腸道神經(jīng)元進(jìn)行了局部分析。

微生物擾動和2型炎癥的時間和復(fù)雜性導(dǎo)致運動神經(jīng)元狀態(tài)改變，并改變多種功能不同的感覺神經(jīng)元，包括白細(xì)胞介素-13和白三烯反應(yīng)性Nmu-hi細(xì)胞和Grp-hi神經(jīng)元，它們在無菌結(jié)腸組織中擴(kuò)增并與Cajal的Grpr+間質(zhì)細(xì)胞相互作用。利用基于腺相關(guān)病毒的Perturb-seq，該研究發(fā)現(xiàn)Edf1和Mitf是運動神經(jīng)元狀態(tài)轉(zhuǎn)換和胃腸道傳遞時間的控制器，直接將腸道神經(jīng)元狀態(tài)與生理聯(lián)系起來。

腸神經(jīng)系統(tǒng)（ENS）是自主神經(jīng)系統(tǒng)的一個分支，由位于腸道兩個神經(jīng)叢的神經(jīng)元組成。ENS可以半自主地調(diào)節(jié)消化和蠕動，通過涉及五種主要神經(jīng)元類型的回路：(i)感覺神經(jīng)元激活（ii）興奮性和（iii）抑制性運動神經(jīng)元，通過（iv）上升和下降的中間神經(jīng)元，它們同時激活(v)分泌運動神經(jīng)元和血管舒張神經(jīng)元來調(diào)節(jié)上皮分泌和吸收。越來越多的證據(jù)表明，除了通過這一核心回路起作用外，ENS還通過與免疫系統(tǒng)的廣泛串?dāng)_，在對細(xì)菌、過敏原和寄生蟲的反應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

基于平板的ENS單核RNA圖譜共捕獲7640個腸神經(jīng)元，每個細(xì)胞中位數(shù)基因超過6000個。該圖譜突出了腸神經(jīng)元多樣性。首先，該研究觀察到不同細(xì)胞類型的感覺神經(jīng)元的功能規(guī)范，這些細(xì)胞類型以不同的神經(jīng)肽和受體為特征，包括對2型細(xì)胞因子和白三烯有反應(yīng)的表達(dá)神經(jīng)素U （Nmu）的神經(jīng)元。其次，該研究觀察到運動神經(jīng)元的兩個亞群（抑制性和興奮性）的轉(zhuǎn)錄組梯度。

腸神經(jīng)元跨部位和擾動（圖源自Science）

為了確定有助于神經(jīng)元適應(yīng)的程序，研究人員接下來使用了腺相關(guān)病毒(AAV) -PHP。S病毒載體-有效地靶向所有周圍神經(jīng)元-刪除表達(dá)Cas9的動物感興趣的基因。研究人員并對受感染的神經(jīng)元進(jìn)行了單核RNA測序，以確定與神經(jīng)元細(xì)胞狀態(tài)變化相關(guān)的基因。最后，研究人員在單個動物中刪除了候選調(diào)節(jié)因子，并驗證了兩個基因Edf1和Mitf作為抑制性運動神經(jīng)元。更具體地說，Edf1的缺失導(dǎo)致感染細(xì)胞中BGLAP+神經(jīng)元的擴(kuò)增和傳遞時間的增加，而Mitf的缺失導(dǎo)致DCC+神經(jīng)元的擴(kuò)增和傳遞時間的縮短。

總之，該研究描述了微生物群和炎癥對小鼠腸道神經(jīng)系統(tǒng)的影響。該研究整合了三個腸道區(qū)域的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)和體內(nèi)功能擾動，以揭示微生物線索和免疫信號如何重塑抑制性運動神經(jīng)元狀態(tài)和感覺神經(jīng)元可塑性。通過單細(xì)胞RNA測序和基因擾動，該研究確定了運動神經(jīng)元狀態(tài)和腸道胃時間的調(diào)節(jié)因子。除了提供腸道神經(jīng)系統(tǒng)對各種擾動反應(yīng)的生物學(xué)見解外，這些結(jié)果是寶貴的資源，將作為許多未來發(fā)現(xiàn)的重要基準(zhǔn)。

參考消息：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr3545