海南醫科大學合作最新Science

腸道神經元是腸道生理的重要調節因子，但它們對腸道中不同微生物和免疫環境的反應以及在挑戰期間的反應仍然知之甚少。

近期，海南醫科大學（海南省醫學科學院）新藥研發與轉化中心譚鵬研究員以第一作者身份在Science在線發表題為“Regional encoding of enteric nervous system responses to microbiota and type 2 inflammation”的研究論文，該研究對非生物、過敏和寄生蟲感染小鼠的腸道神經元進行了局部分析。

微生物擾動和2型炎癥的時間和復雜性導致運動神經元狀態改變，并改變多種功能不同的感覺神經元，包括白細胞介素-13和白三烯反應性Nmu-hi細胞和Grp-hi神經元，它們在無菌結腸組織中擴增并與Cajal的Grpr+間質細胞相互作用。利用基于腺相關病毒的Perturb-seq，該研究發現Edf1和Mitf是運動神經元狀態轉換和胃腸道傳遞時間的控制器，直接將腸道神經元狀態與生理聯系起來。

腸神經系統（ENS）是自主神經系統的一個分支，由位于腸道兩個神經叢的神經元組成。ENS可以半自主地調節消化和蠕動，通過涉及五種主要神經元類型的回路：(i)感覺神經元激活（ii）興奮性和（iii）抑制性運動神經元，通過（iv）上升和下降的中間神經元，它們同時激活(v)分泌運動神經元和血管舒張神經元來調節上皮分泌和吸收。越來越多的證據表明，除了通過這一核心回路起作用外，ENS還通過與免疫系統的廣泛串擾，在對細菌、過敏原和寄生蟲的反應中發揮關鍵作用。

基于平板的ENS單核RNA圖譜共捕獲7640個腸神經元，每個細胞中位數基因超過6000個。該圖譜突出了腸神經元多樣性。首先，該研究觀察到不同細胞類型的感覺神經元的功能規范，這些細胞類型以不同的神經肽和受體為特征，包括對2型細胞因子和白三烯有反應的表達神經素U （Nmu）的神經元。其次，該研究觀察到運動神經元的兩個亞群（抑制性和興奮性）的轉錄組梯度。

腸神經元跨部位和擾動（圖源自Science）

為了確定有助于神經元適應的程序，研究人員接下來使用了腺相關病毒(AAV) -PHP。S病毒載體-有效地靶向所有周圍神經元-刪除表達Cas9的動物感興趣的基因。研究人員并對受感染的神經元進行了單核RNA測序，以確定與神經元細胞狀態變化相關的基因。最后，研究人員在單個動物中刪除了候選調節因子，并驗證了兩個基因Edf1和Mitf作為抑制性運動神經元。更具體地說，Edf1的缺失導致感染細胞中BGLAP+神經元的擴增和傳遞時間的增加，而Mitf的缺失導致DCC+神經元的擴增和傳遞時間的縮短。

總之，該研究描述了微生物群和炎癥對小鼠腸道神經系統的影響。該研究整合了三個腸道區域的單細胞轉錄組學和體內功能擾動，以揭示微生物線索和免疫信號如何重塑抑制性運動神經元狀態和感覺神經元可塑性。通過單細胞RNA測序和基因擾動，該研究確定了運動神經元狀態和腸道胃時間的調節因子。除了提供腸道神經系統對各種擾動反應的生物學見解外，這些結果是寶貴的資源，將作為許多未來發現的重要基準。

參考消息：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr3545