Исследователи совершили прорыв в понимании связи между кишечником и мозгом, идентифицировав пять различных типов сенсорных нейронов в толстой кишке. Ученые обнаружили, что эти нейроны отвечают за отправку различных сигналов в мозг, причем некоторые из них реагируют на легкие движения веществ, а другие реагируют на более интенсивные ощущения, такие как боль. Это открытие, проведенное на мышах, если оно будет подтверждено на людях, может проложить путь к более целенаправленным и эффективным методам лечения желудочно-кишечных заболеваний.
Практическая значимость работы
Исследователи надеются, что более глубокое понимание этих нейронов даст новое представление о преобразовании механических сил в электрические сигналы нервной системы. Ученые считают, что, если их результаты подтвердятся на людях, они могут помочь ученым разработать более эффективные методы лечения состояний, возникающих, когда эта система восприятия толстой кишки-мозга выходит из строя.
Актуальность исследования
Связь между кишечником и мозгом представляет собой сложный двусторонний сигнальный каскад, который отвечает за правильную работу пищеварительной системы и может вызвать проблемы, когда он выходит из строя.
Ключевой частью этой оси является толстая кишка, в которой всасываются вода и питательные вещества из пищи и которая выводит отходы из организма. Этот важнейший орган участвует в ряде желудочно-кишечных заболеваний, включая запор, диарею, боль и воспаление.
Новизна исследования
Теперь впервые исследователи из Гарвардской медицинской школы (Harvard Medical School) определили пять различных подтипов сенсорных нейронов в толстой кишке, которые передают сигналы в мозг. В новом исследовании, проведенном на мышах и опубликованном в научном журнале Cell, исследователи обнаружили, что некоторые нейроны предназначены для восприятия мягких сил, таких как вещества, движущиеся через толстую кишку, в то время как другие чувствуют более интенсивные, такие как боль.
«Пациенты часто жалуются на ощущение и боль в желудочно-кишечном тракте, но мы мало знаем о сенсорных нейронах, которые иннервируют кишечник и позволяют нам реагировать на различные раздражители», — комментирует ведущий автор исследования Рэйчел Вольфсон (Rachel Wolfson), научный сотрудник в области нейробиологии и гастроэнтеролог в Массачусетской больнице общего профиля (Massachusetts General Hospital).
От кожи до толстой кишки
Дэвид Гинти (David Ginty) и ученые в его лаборатории потратили много лет на изучение того, как сенсорные нейроны в коже взаимодействуют с мозгом, формируя наше осязание. Ученые разработали точные генетические инструменты, которые обозначают подтипы сенсорных нейронов, и использовали эти инструменты, чтобы раскрыть основную информацию о структуре, организации и функции нейронов, чувствительных к коже. Тем не менее, несмотря на рост научных знаний о сенсорных нейронах, очень мало исследований было сосредоточено на изучении нейронов в других частях тела, включая желудочно-кишечный тракт.
«Мы многое узнали о нейронах, которые идут к коже, но свойства нейронов, которые проецируются на другие органы, такие как толстая кишка, остаются плохо изученными», — комментирует Гинти.
Чтобы заняться этой малоизученной областью, Гинти объединилась с Вольфсоном, нейробиологом и клиническим экспертом по желудочно-кишечному тракту.
Материалы и результаты исследования
Вольфсон взял модели мышей с генетическими метками, разработанные в лаборатории Гинти, и перепрофилировал их для изучения нейронов в толстой кишке. Профессор обнаружила, что пять подтипов сенсорных нейронов в коже также обнаружены в толстой кишке. Однако нейроны толстой кишки и сенсорные нейроны имели различную форму, и подтипы нейронов толстой кишки также отличались друг от друга по форме.
«Мы знаем, что форма лежит в основе функции, поэтому тот факт, что нейроны толстой кишки выглядят по-разному, заставил нас думать, что у них разные функции», — сказал Вольфсон.
Чтобы исследовать функцию, Вольфсон растянул толстую кишку с помощью баллона, имитируя естественное растяжение, и зафиксировал активность различных типов нейронов.
Два типа реагировали на легкие воздействия, подобные легкому растяжению, которое может произойти, когда переваренная пища или стул проходят через толстую кишку. Два других типа реагировали на интенсивные нагрузки, такие как более экстремальное растяжение.
Когда Вольфсон искусственно активировал эти мощные нейроны, мыши вели себя так, как будто им было больно. Когда она удалила нейрон с самым высоким силовым порогом, болевая реакция уменьшилась. Запуск воспаления у мышей привел к тому, что один из подтипов чувствительных к боли нейронов стал еще более реактивным. Интересно, что эти роли сопоставляются с ролями нейронов в коже, предполагая, что функция может сохраняться во всех системах органов. Исследование дает критическое представление об основных нейробиологических механизмах чувствительности толстой кишки.
«Впервые мы смогли выяснить анатомию, физиологию и функции нейронов, иннервирующих толстую кишку», — комментирует Гинти.
На пути к терапии проблем с ЖКТ
В краткосрочной перспективе исследователи хотят понять, почему нейроны толстой кишки выглядят иначе, чем их «коллеги» из кожи, и как эти различия в форме приводят к различиям в их поведении.
«Это открытие действительно провокационное и дает совершенно другое направление для работы над пониманием того, как нейроны преобразуют механические силы в электрические сигналы, которые являются валютой нервной системы», — объясняет Гинти.
В более долгосрочной перспективе Вольфсон планирует изучить нейроны в других частях желудочно-кишечного тракта. Ученые также хотят изучить, как нейроны толстой кишки реагируют на другие раздражители, такие как токсины или отсутствие кровотока, которые могут вызвать боль в животе.
Хотя результаты сначала должны быть подтверждены на людях, исследователи считают, что их работа может однажды помочь в разработке более эффективных методов лечения различных желудочно-кишечных заболеваний.
«Мы знаем об иннервации кишечника уже 100 лет, но современные инструменты нейробиологии позволяют нам копнуть глубже и понять, как все это работает, и это послужит платформой для терапевтических подходов к лечению проблем с толстой кишкой», — объясняет Гинти.
Нацеливание на нейроны с низкой силой может быть полезно для лечения состояний, связанных с моторикой, таких как запор и диарея, в то время как нацеливание на нейроны с высокой силой может быть полезно для лечения боли, возникающей в толстой кишке. Особый интерес представляет подтип нейронов, чувствительный к воспалению, которое является источником боли у пациентов с воспалительным заболеванием кишечника.
«Наличие способа воздействовать на эти нейроны для лечения боли пациента, в то время как мы контролируем воспаление с помощью противовоспалительных препаратов, является огромной терапевтической потребностью», — заключает Вольфсон.
Авторы другого исследования выяснили, как нервы кишечника взаимодействуют с мозгом, чтобы контролировать жажду
Ведущий специалист отдела организации клинических исследований, терапевт, врач ультразвуковой диагностики АО «СЗМЦ» (г. Санкт-Петербург), главный редактор, учредитель сетевого издания Medical Insider, а также автор статей
E-mail для связи – [email protected];
