Cell：重磅！揭示肠道-大脑对话新机制
小鼠肠道感觉细胞通过血清素直接与肠道神经元进行对话，让大脑知道某些化合物是否存在。这些肠道细胞将肠道的内含物告诉大脑。但是对这种肠道-大脑对话的分子机制的认识因技术限制受到阻碍。如今，在一项新的研究中，通过研究小鼠肠道类器官和肠道组织切片中的一种关键的肠道感觉细胞（即肠嗜铬细胞），来自美国加州大学旧金山分校等研究机构的研究人员揭示出哪些分子信号激活这些所谓的肠嗜铬细胞（enterochromaffin cell），以及这些细胞如何将这些化合物的存在传递到中枢神经系统。相关研究结果于2017年6月22日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Enterochromaffin Cells Are Gut Chemosensors that Couple to Sensory Neural Pathways”。
肠嗜铬细胞是一种肠上皮内分泌细胞。它们是非常罕见的，仅占肠上皮的1%不到，但是负责产生身体90%的血清素产生。有人已提出这些细胞发挥着化学传感器的作用，检测肠腔中的分子，并且作出反应，分泌血清素来触发神经元控制的肠道运动、收缩和疼痛。但是这些肠腔分子可能是什么，血清素如何发挥它对神经元的影响，仍然是未知的。
论文共同通信作者、加州大学旧金山分校神经科学家David Juliu说，“问题在于血清素仅是扩散出去与远处的神经元相互作用？或者神经元和肠嗜铬细胞之间也存在点对点连接？”他说，这样的突触连接是有先例的，并且解释道，已有人报道一组相关的肠上皮细胞（被称作肠内分泌细胞）与神经元之间存在直接的突触连接（Journal of Clinical Investigation, doi:10.1172/JCI78361）。
鉴于肠嗜铬细胞的罕见性，科学家们很难在体内研究它们。因此，Julius和同事们利用一种近期开发的体外类器官方法在培养皿中再现肠道组织的复杂性。
在来自小鼠的肠道类器官中，Julius团队研究了肠嗜铬细胞的电生理学性质、蛋白表达和血清素分泌等等。他们发现这些细胞表达电压门控离子通路，而且是电兴奋性的（它是感觉细胞的一种特征）。
随后，通过筛选30种可能的肠腔化合物，他们发现几种化合物能够触发肠嗜铬细胞兴奋。它们是异硫氰酸烯丙酯（在山葵和其他的芥菜中发现的一种刺激剂）、异戊酸（肠道细菌产生的一种脂肪酸）、儿茶酚胺类激素（多巴胺、肾上腺素和去甲肾上腺素）。
Julius团队继续证实肠嗜铬细胞表达这些化合物的相关受体，而且证实化合物诱导的这些细胞激活促进血清素释放。
接下来，利用来自含有荧光标记肠嗜铬细胞的小鼠的肠道组织样品，Julius团队研究了这些细胞与神经元的关系。他们发现让表达血清素受体的神经元激活似乎是通过与肠嗜铬细胞之间形成突触连接实现的，而且肠嗜铬细胞表达突触前蛋白，而附近的神经元表达突触后蛋白。这些结果都表明这两种细胞彼此之间直接交谈。再者，利用去甲肾上腺素或异戊酸刺激肠上皮会触发这些神经元的活性。
肠嗜铬细胞与神经元形成突触连接的这一发现表明肠道与大脑之间存在直接的连接。这种连接使得信号传递在几微秒而不是几分钟内完成。不过，针对肠道如何与大脑交谈，以及大脑、肠道或者这两种器官发生差错时会发生什么，仍然有很多东西是未知的。
