消化道如何指挥大脑？
消化道为什么能指挥大脑？麻省理工大学的研究人员发现，秀丽隐杆线虫的肠道里有一种专门的神经细胞，用来检测细菌摄取，随后，神经元释放一种神经递质向大脑发出停止运动的信号。研究人员还发现了帮助这些特殊的神经元检测细菌的新离子通道。
“肠道信息回传至大脑的确切机制还不是很清楚，”大脑和认知科学部门助理教授Steven Flavell说。“食物是真正激励动物的东西，所以人们花了很长时间研究神经系统如何检测食物摄取来驱动行为，但是一直没有找到答案。”
Flavell是这项研究的通讯作者，论文发表在12月20日的《Cell》，论文第一作者是Flavell实验室的前技术助理Jeffrey Rhoades。
肠-脑连接
所有动物的肠道和大脑都有很强的联系，来自肠道的信号让我们知道什么时候吃饱了，大脑通过瘦素和生长激素来帮助我们控制食欲。胃肠道也是身体大部分5-羟色胺的来源，这种信息素也与食欲有关。
此外，消化道有自己的半独立神经系统，我们称之为肠神经系统。该神经系统主要控制胃肠道功能，如消化器官的收缩、激素和消化酶的分泌等。
研究人员使用简单的秀丽隐杆线虫作为模型来研究摄食行为。之前，实验表明，食物对线虫的运动有很大影响。这些线虫的主要食物是细菌，科学家发现，当它们遇到一大块食物时，它们就会放慢移动速度来吃掉食物。当它们吃饱以后，这些小虫子又开始四处游荡了。
这是为什么呢？
“有行为证据表明，线虫的神经系统接收来自环境的食物信息，但是在此之前我们并不知道这是如何工作的，”Flavell说。
研究人员知道5-羟色胺释放参与线虫移动减慢，但是不清楚什么触发了5-羟色胺释放。为了弄清楚这一点，他们决定研究一种负责生产5-羟色胺的肠神经元——神经分泌运动（NSM）神经元，NSM位于线虫消化器官咽（pharynx）的内层。
通过一系列实验，研究人员发现当线虫吃细菌食物时，NSM神经元立即变活跃。NSM神经元有一个伸入线虫肠道的长突起（神经突起），这种神经突起充当了NSM神经元的感觉末梢，在动物摄食时激活神经元起着关键作用。
进一步研究揭示，位于神经突起最末端的两个被称为DEL-3和DEL-7的新离子通道，是NSM神经元被食物激活所必需的。这些通道属于酸感离子通道（ASICs）蛋白家族的一部分，包括人类在内所有动物都有发现。这些通道在味觉和疼痛检测方面起作用，其他功能尚不清楚。有趣的是，哺乳动物肠道中的肠神经元也表达这些蛋白。Flavell推测，ASICs在感知消化道或其他部位细菌种群方面可能起着普遍作用。
DEL-3和DEL-7究竟是如何感知细菌的呢？研究人员推测，一种可能性是通过直接检测细菌分泌的化合物，或者细菌化合物与附近受体的相互作用激活离子通道。
“线虫体内大约有30个与DEL-3和DEL-7密切相关的离子通道，它们可能也正在检测其他细菌信号，”Flavell说。“利用我们搭建的平台，我们就可以直接了解其他细胞类型，并询问它们是否能被食物摄取激活。”
研究人员发现，一旦NSM细胞的离子通道被激活，细胞就开始分泌5-羟色胺，然后就会被附近表达5-羟色胺受体的神经元检测到。
“我们试图研究整个神经系统，以了解5-羟色胺如何改变许多下游细胞活动，最终导致行为改变，”Flavell说。
另一个悬而未决的问题是，Flavell课题组发现，线虫感应细菌的基本机制是否也适用于人类。人类肠道中含有各种各样的细菌，肠道内排列着被称为肠嗜铬细胞的神经元样细胞，这些细胞可以生产5-羟色胺，并将它们传递给大脑感官神经元。未来研究思路可能旨在5-羟色胺、肠-脑信号如何改变哺乳动物行为，在线虫中的新发现可以指导今后该领域研究。
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