Як сенсорні нейрони впливають на кишечник

Проблеми шлунково-кишкового тракту та травлення стосуються лише 3 мільйонів людей у Сполучених Штатах, і ця кількість зростає. Нове дослідження вчених Scripps Research показує, як сенсорні нейрони контролюють наш шлунково-кишковий тракт — важливу інформацію, яка може сформувати наше розуміння пов’язаних захворювань і розладів.

У дослідженні, опублікованому в журналі Cell, використано комбінацію клінічних даних людей і моделей тварин, щоб виявити, що рецептор PIEZO2 контролює шлунково-кишковий транзит через шлунок, тонкий кишечник і товсту кишку, відчуваючи присутність їжі і, відповідно, уповільнюючи швидкість моторики кишечника. Ці відкриття можуть призвести до терапевтичного застосування для ряду шлунково-кишкових захворювань, таких як запальні захворювання кишечника та синдром подразненого кишечника.

«PIEZO2 відіграє вирішальну роль у фізіології шлунково-кишкового тракту та необхідний для нормальної роботи кишечника», — говорить старший автор Ардем Патапутян дослідник Медичного інституту Говарда Хьюза. Патапутян отримав Нобелівську премію з фізіології 2021 року за відкриття того, що PIEZO2 і споріднений рецептор PIEZO1 необхідні клітинам для реакції на механічні подразники. «Їжа та інший вміст, що споживається, активує PIEZO2, який, своєю чергою, різко сповільнює кишковий транзит».

Час проходження через кишечник — швидкість, з якою їжа рухається нашим шлунково-кишковим трактом — має важливе значення для травлення, засвоєння поживних речовин і видалення відходів. Оптимальне травлення вимагає оптимального часу проходження: занадто повільно - і ви закінчуєте запорами; занадто швидко — і ви ризикуєте діареєю. Дотепер існувало обмежене розуміння того, як сенсорні шляхи керують цим процесом.

Команда Патапутяна вирішила дослідити, чи сенсорний вхід від рецептора PIEZO2 відіграє роль у моториці кишечника. Білки PIEZO2 активуються механічними подразненнями або тиском і знаходяться по всьому тілу, хоча їх роль у моториці шлунково-кишкового тракту раніше не досліджувалася. Рецептори PIEZO2 також беруть участь у сприйнятті ступеня роздування легенів або наповнення сечового міхура, тому мало сенс, що ці рецептори також можуть виявляти розтягнення шлунково-кишкового тракту.

«Ми хотіли зрозуміти наслідки відсутності цього механо-відчуття та чи мають люди без PIEZO2 проблеми з шлунково-кишковим трактом», — каже М. Росіо Сервін-Венсес, доктор філософії, перший автор дослідження та докторант у лабораторії Patapoutian у Scripps Research and the Медичний інститут Говарда Хьюза.

Люди іноді – хоча й рідко – народжуються без функціональних генів PIEZO2, і вивчення цих людей відкриває вікно в функції білка. У співпраці з командою Олександра Чеслера з Національного інституту здоров’я (NIH) дослідники оцінили стан здоров’я шлунково-кишкового тракту та історію хвороби когорти з 12 людей у віці від 9 до 42 років, які були носіями нефункціональних варіантів гена PIEZO2.

Порівняно з представниками загальної популяції, особи з дефіцитом PIEZO2 повідомляли про низку шлунково-кишкових дисфункцій, включаючи грудкуватий та водянистий стілець. Примітно, що шість осіб повідомили, що вони не відчували випорожнення, а п’ятеро повідомили, що вживали ліки для полегшення шлунково-кишкового дистресу.

«Шлунково-кишкова дисфункція, яку описали люди з дефіцитом PIEZO2, була вражаючою», — каже Сервін-Ванс. «Це свідчить про те, що люди з дефіцитом PIEZO2 мають порушення чутливості в роботі кишечника, що впливає на якість їхнього життя, а також про те, що механочутливий канал PIEZO2 відіграє вирішальну роль у фізіології та патофізіології шлунково-кишкового тракту людини».

Щоб дослідити механізм впливу PIEZO2 на фізіологію кишечника, дослідники звернулися до моделей тварин. Вони виявили, що коли PIEZO2 було видалено з сенсорних нейронів, миші мали набагато швидший час проходження кишківника, більш часту дефекацію, а їх стілець мав більший вміст води.

«Ми змогли показати, що PIEZO2 важливий для уповільнення шлунково-кишкового транзиту», — каже Сервін-Ванс. «Коли миші не мають PIEZO2 в цих нейронах, їх шлунково-кишковий транзит відбувається надшвидко, що має важливі наслідки, оскільки це означає, що немає достатньо часу для належного засвоєння поживних речовин».

Оскільки PIEZO2 експресується декількома групами нейронів, які іннервують кишечник, дослідники також хотіли точно визначити, який нервовий шлях відповідає за контроль часу проходження кишечника. Використовуючи генетичні та вірусні інструменти для вибіркового вимкнення PIEZO2 у двох нейронних шляхах — вузлових гангліях і гангліях спинного корінця — дослідники змогли показати, що нейрони гангліїв спинного корінця відповідають виключно за контроль моторики кишечника.

«Було дуже дивно, що нейрони з гангліїв спинного корінця, але не з вузлових гангліїв, мають гомеостатичну функцію в моториці кишківника», — коментує Сервін-Венсес. «Відомо, що вузлові ганглії регулюють багато функцій у кишечнику, легенях і серці, тоді як нейрони гангліїв спинного корінця більш відомі тим, що іннервують шкіру та визначають температуру та біль».

Хоча це лише перший проблиск того, як сенсорні нейрони контролюють моторику кишечника, дослідники кажуть, що це відкриває низку нових дослідницьких питань і відкриває можливості для майбутніх терапевтичних засобів. Сервен-Ванс каже, що наступними кроками є оцінка того, як дієта, спосіб життя, стрес і навіть мікробіота впливають на цю складну систему.

ДЖЕРЕЛО: https://www.sciencedaily.com