消化道如何指揮大腦？

當線蟲飢餓的時候，它會立即減慢行進速度，以便大口大口地吃東西；一旦線蟲吃飽了，它就會再次漫無目的地閑逛。

消化道為什麼能指揮大腦？麻省理工大學的研究人員發現，秀麗隱桿線蟲的腸道里有一種專門的神經細胞，用來檢測細菌攝取，隨後，神經元釋放一種神經遞質向大腦發出停止運動的信號。研究人員還發現了幫助這些特殊的神經元檢測細菌的新離子通道。

「腸道信息回傳至大腦的確切機制還不是很清楚，」大腦和認知科學部門助理教授Steven Flavell說。「食物是真正激勵動物的東西，所以人們花了很長時間研究神經系統如何檢測食物攝取來驅動行為，但是一直沒有找到答案。」

Flavell是這項研究的通訊作者，論文發表在12月20日的Cell，論文第一作者是Flavell實驗室的前技術助理Jeffrey Rhoades。

腸-腦連接

所有動物的腸道和大腦都有很強的聯繫，來自腸道的信號讓我們知道什麼時候吃飽了，大腦通過瘦素和生長激素來幫助我們控制食慾。胃腸道也是身體大部分5-羥色胺的來源，這種信息素也與食慾有關。

此外，消化道有自己的半獨立神經系統，我們稱之為腸神經系統。該神經系統主要控制胃腸道功能，如消化器官的收縮、激素和消化酶的分泌等。

研究人員使用簡單的秀麗隱桿線蟲作為模型來研究攝食行為。之前，實驗表明，食物對線蟲的運動有很大影響。這些線蟲的主要食物是細菌，科學家發現，當它們遇到一大塊食物時，它們就會放慢移動速度來吃掉食物。當它們吃飽以後，這些小蟲子又開始四處遊盪了。

這是為什麼呢？

「有行為證據表明，線蟲的神經系統接收來自環境的食物信息，但是在此之前我們並不知道這是如何工作的，」Flavell說。

研究人員知道5-羥色胺釋放參與線蟲移動減慢，但是不清楚什麼觸發了5-羥色胺釋放。為了弄清楚這一點，他們決定研究一種負責生產5-羥色胺的腸神經元——神經分泌運動（NSM）神經元，NSM位於線蟲消化器官咽（pharynx）的內層。

通過一系列實驗，研究人員發現當線蟲吃細菌食物時，NSM神經元立即變活躍。NSM神經元有一個伸入線蟲腸道的長突起（神經突起），這種神經突起充當了NSM神經元的感覺末梢，在動物攝食時激活神經元起著關鍵作用。

進一步研究揭示，位於神經突起最末端的兩個被稱為DEL-3和DEL-7的新離子通道，是NSM神經元被食物激活所必需的。這些通道屬於酸感離子通道（ASICs）蛋白家族的一部分，包括人類在內所有動物都有發現。這些通道在味覺和疼痛檢測方面起作用，其他功能尚不清楚。有趣的是，哺乳動物腸道中的腸神經元也表達這些蛋白。Flavell推測，ASICs在感知消化道或其他部位細菌種群方面可能起著普遍作用。

DEL-3和DEL-7究竟是如何感知細菌的呢？研究人員推測，一種可能性是通過直接檢測細菌分泌的化合物，或者細菌化合物與附近受體的相互作用激活離子通道。

「線蟲體內大約有30個與DEL-3和DEL-7密切相關的離子通道，它們可能也正在檢測其他細菌信號，」Flavell說。「利用我們搭建的平台，我們就可以直接了解其他細胞類型，並詢問它們是否能被食物攝取激活。」

研究人員發現，一旦NSM細胞的離子通道被激活，細胞就開始分泌5-羥色胺，然後就會被附近表達5-羥色胺受體的神經元檢測到。

「我們試圖研究整個神經系統，以了解5-羥色胺如何改變許多下游細胞活動，最終導致行為改變，」Flavell說。

另一個懸而未決的問題是，Flavell課題組發現，線蟲感應細菌的基本機制是否也適用於人類。人類腸道中含有各種各樣的細菌，腸道內排列著被稱為腸嗜鉻細胞的神經元樣細胞，這些細胞可以生產5-羥色胺，並將它們傳遞給大腦感官神經元。未來研究思路可能旨在5-羥色胺、腸-腦信號如何改變哺乳動物行為，在線蟲中的新發現可以指導今後該領域研究。

作者：生物通編輯

來源：生物通

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