导读
肠神经系统(ENS)在肠道生理功能(如:肠蠕动、消化液分泌、肠血液流动等)中发挥著重要作用。众所周知,肠道中含有数万亿的细菌,这些细菌调控宿主产生包括5-羟色胺(5-HT)在内的多种信号分子、及其它的激素及神经递质等。这些物质在机体正常的生命活动中发挥著重要的作用。5-羟色胺又名血清素,广泛存在于哺乳动物组织中,在大脑皮层质计神经突触内含量较高,其在人体的情绪、精力及记忆力等方面都发挥著重要作用。约有90%的5-HT来源于肠道,肠神经系统中5-HT4受体(5-HT4R)的激活与成人的神经形成和神经保护有关。这篇论文通过实验验证了一则假设:肠道菌群刺激肠道释放5-HT并激活5-HT4R诱导成人肠神经系统的成熟。下文我们将带大家看看作者如何验证这个假设。
论文ID
原名:Gutmicrobiota regulates maturation of the adult enteric nervous system via entericserotonin networks
译名:肠道菌群通过肠5-羟色胺网路调控肠神经系统的成熟
期刊:PNAS
IF:9.66
发表时间:2018年
通信作者:Fredrik B?ckhed
通信作者单位:哥本哈根大学健康科学院
研究背景
在啮齿动物中,肠神经元在胚胎发育和出生后就开始形成,在这个过程中神经元和神经胶质细胞也开始形成。过去很长一段时间,人们一直认为除炎症和损伤情况下,在出生21天后的小鼠中不会有肠神经元的形成。但近来研究发现,其实肠神经系统一直进行著持续更新,并通过细胞凋亡维持平衡。因此,这也就证明了成人的肠神经系统具有成熟的可能性和可塑性,但其分子机制仍尚不清楚。最近有2个研究报道了肠道菌群能诱导肠黏膜的5-HT分泌。此外,有研究表明微生物菌群是出生后小鼠黏膜肠神经胶质细胞发育所必须的。但是到目前为止,肠道微生物诱导肠神经系统成熟的机制研究仍是缺乏的。
实验设计
实验材料:雌性正常养殖实验小鼠(CONV-R);雌性无菌小鼠(GF)
实验处理:
用正常养殖小鼠盲肠内容物灌胃无菌小鼠获得肠道菌群定植的小鼠CONV-D;用广谱抗生素喂食CONV-R小鼠三周,取其第0、7、14、21天的粪便,进行DNA提取、qPCR并确定细菌种类及数量;灌胃小鼠含伊文思蓝染料的甲基纤维素测得肠总长度及被伊文思蓝染料覆盖的长度;GF小鼠在实验前一天、获得的CONV-D小鼠在三天后腹腔注射5-HT4激动剂sc-53116盐酸水合物;取结肠进行包埋及免疫组化实验。
实验内容
1、 肠道微生物调节肠转运并影响ENS的神经解剖学变化
与之前的研究结果类似,GF小鼠比CONV-R的肠转运显著慢(Fig.1A);而GF、CONV-R、CONV-D之间的肠肌间神经元和纵向肌肉/肌间神经丛(LMMP)的神经支配的数量并没有显著差异结肠上皮的神经支配在GF中有减少(Fig.1 B-D);这些表型变化在菌群定植15天后又出现恢复(Fig.1 A, E-F)。抗生素处理导致小鼠盲肠扩大(Fig. S3A);此外,肠道菌群的减少导致结肠粘膜和纵向肌肉/肌间神经丛的神经支配数量减少,这也与神经胶质网路的减少有关(Fig.S3 B-H)。这也就说明肠道微生物群在神经肠肌层网路的发育过程中并非必要,但却在该网路的维持过程中至关重要。神经巢蛋白(Nestin)和HuC/D的共表达是成人ENS神经元可塑性的重要标志,肠肌层神经丛中的Nestin+细胞在体内产生神经元。GF、CONV-D、CONV-R小鼠的Nestin+神经元的比例如Fig. 2A所示,定植肠道菌群的GF小鼠的Nestin+神经元的整体比例下降(Fig. 2B),这表明GF小鼠ENS有较高的可塑性。