神经细胞和肠道细胞之间是怎么“聊天”的?

来源:中科院之声发布时间:2018-09-06

神经细胞和肠道细胞是怎么进行有效互动的呢?

神经系统是人体重要的信息收集和指挥中心,控制着体内不同组织之间信息的交流和协调,并达到系统性调节机体整体的稳态平衡的目的。所谓牵一发而动全身,当神经细胞受到损伤或者感受到环境胁迫时,就会向其他组织发出信号,诱导相应组织内的应激反应通路,进而修复机体的损伤或适应环境变化。

譬如,有一类疾病叫做神经退行性疾病,是由于神经元的结构或功能逐渐丧失而导致的,其症状表现为严重的认知和运动能力的退化。阿尔兹海默症、帕金森综合征、亨廷顿舞蹈症等都是常见的神经退行性疾病。

许多神经退行性疾病经常会伴随着大脑以及身体其他组织器官的代谢失调,包括不受控的体重逐渐下降、葡萄糖耐受异常等,而这种代谢失调可能进一步加重神经退行症状。

有研究表明,靶向恢复代谢稳态的治疗可以提高神经退行性疾病患者的认知和运动能力,同时还能延长寿命。但是,受到损伤的神经细胞是如何与机体内其他组织之间交流信息并协调各自的响应机制的还并不十分清楚。

那么,为什么大脑的异常会导致身体其他组织器官的代谢失调呢?神经细胞和远端细胞是如何交流的呢?

一般来说,细胞之间的交流方式通常分为四种,分别是:

接触依赖的细胞间交流,即相邻细胞间通过互相接触来传递信号;

旁分泌,即细胞通过分泌信号分子通过细胞间隙传递给相邻细胞;

突触传递,即神经元通过突触释放神经递质将信号传递给靶细胞;

内分泌,即内分泌细胞分泌激素,通过血液循环运输给靶细胞来完成信号传递过程。

身体内组织之间的交流其实是相互的,除了神经细胞可以向肠道细胞传递信号之外,肠道细胞也可以通过某种方式向神经系统传递信号。例如,肠道易激综合征患者常常会伴随出现慢性焦虑和抑郁症等。

机体的肠道中生活着各种各样的微生物,科学家们发现肠道微生物在分解色氨酸时产生的代谢物可以通过影响小胶质细胞和星形胶质细胞来抑制大脑中的炎症。

那么,神经细胞和肠道细胞具体是怎么进行有效互动的呢?近期,中国科学院遗传与发育生物学研究所田烨研究组与美国加州大学伯克利分校 Andrew Dillin 教授的一项合作成果给我们揭示了答案。那就是神经细胞受到线粒体胁迫后,可以通过逆转运复合体 Retromer 介导的 Wnt 信号传递给远端的肠道细胞,并诱导肠道内线粒体的应激反应,改变机体的代谢水平

线粒体是细胞内重要的细胞器之一,它不仅为细胞提供能量,同时参与调控细胞的代谢和衰老的进程,并且对神经退行性疾病也有至关重要的影响。线粒体内的蛋白质稳态平衡直接影响了线粒体的功能。当线粒体受到损伤时,细胞会启动一种叫做“线粒体未折叠蛋白反应”(UPRmt)的应激反应来保护线粒体和细胞。

更有意思的是,当神经细胞内的线粒体受到压力胁迫时,会通过某种信号传递的机制将信息传递出去,告知机体内其他的组织,而当肠道细胞感受到这种信号时,会及时启动自身的线粒体保护机制,及时应对并调控机体整体的代谢水平来适应压力胁迫。但是这种信号到底是什么,以及它是如何传递并且被接收的,这些问题仍然不清楚。

科学家们研究发现,一种名为“五羟色胺”的神经递质在这种组织间的信号传递中起着重要的作用,此外,儿茶酚胺类物质,如多巴胺以及章鱼胺,也被报导在这种由神经系统向远端肠道细胞的信号传递过程中发挥作用。

但是科学家们发现,如果直接给机体添加这些叫各种“胺”的神经递质,并不能直接诱导相应的应激反应。那么,是不是还有其他的信号分子参与了这种组织间信号传递的过程呢?

遗传发育所的田烨研究组通过遗传筛选最终发现,原来,是一种名为“Wnt”的信号在里面发挥了重要作用。在神经细胞和肠道细胞的信息传递过程中,Wnt 信号诱导了肠道细胞的线粒体的应激反应。这下,科研人员就发现了 Wnt 信号通路参与调控神经到肠道之间的线粒体稳态平衡这一全新的功能。

而这项研究也为治疗阿尔兹海默症、帕金森综合征、亨廷顿舞蹈症等神经退行性疾病以及伴随的代谢紊乱症状提供了新的思路。

神经细胞和肠道细胞之间是怎么“聊天”的?

受到线粒体胁迫的神经系统通过 Wnt 信号诱导肠道内的应激反应(UPRmt)。神经递质五羟色胺也参与了神经与肠道细胞之间通过 Wnt 诱导的线粒体应激反应。在神经细胞和肠道内直接表达 Wnt 配体不仅可以激活线粒体应激反应,并且可以延长线虫的寿命。而且 Wnt 信号的释放是需要逆转运复合体 Retromer 介导的 Wnt 受体 MIG-14的回收来实现的。

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