背景

胆碱能通路是外周神经元与内脏器官交流的一种古老的保守通路。两种胆碱能受体，烟碱受体和毒蕈碱受体，以及调节乙酰胆碱 (ACh)代谢的酶，如乙酰胆碱酯酶 (AChE/Ace)，都是高度保守的，并在非神经元组织中表达。胆碱能受体调节肠上皮中的离子运输，肠上皮对水和营养物质的吸收至关重要。最近，人们开始关注胆碱能通路的抗炎特性，以及与肠道疾病相关的乙酰胆碱反应性降低。

简介

2023年9月18日，来自美国哈佛医学院的Afroditi Petsakou及其团队在Nature (IF: 64.80)杂志上发表名为Cholinergic neurons trigger epithelial Ca2+ currents to heal the gut的研究[1]。

主要结果

ECs在恢复过程中对乙酰胆碱敏感

我们用葡聚糖硫酸钠 (DSS)破坏果蝇的肠道，然后让果蝇返回标准食物。DSS在哺乳动物中诱导结肠炎，并已在果蝇中用于鉴定保守的增殖途径。我们给果蝇喂食DSS 4天(损伤)，然后喂食2天或4天的标准食物 (恢复，图1a)。肠道损伤提高了效应果蝇caspase 1 (Dcp1)的表达，表明细胞死亡 (图1b)，以及保守的炎症细胞因子，如il6样未配对3 (upd3)18和TNF同源物egr (egr)，类似于DSS诱导的结肠炎。一旦将果蝇转移到标准食物中，上皮需要4天才能恢复稳态，这由以下水平决定：1、炎症细胞因子细胞死亡 (图1b)；2、ISC增殖 (带有有丝分裂标记抗磷酸化组蛋白3 (pH3)，图1c)；3、PC标记蜗牛和两种成熟细胞标记的表达，pdm1 (ECs标记)和prospero (pros)， EEs标记。

ECs恢复需要nAChRβ3

胆碱能受体是由5个同质或异质亚基 (α1、α2、α3、α4、α5、α6、α7、β1、β2或β3)组成的g蛋白偶联毒蕈碱受体 (mAchR)或配体门控离子通道烟碱受体 (nAChR)。为了确定哪些胆碱能受体在恢复过程中被激活，我们筛选了所有nAChR亚基和不同的mAchR亚型，通过敲低它们在ECs中的表达。ECs中靶向nAChRβ3的条件性RNAi表达在恢复期间 (图2a-b)和ec15感染后引起过度增殖。此外，ECs中nAChRβ3敲低并反复DSS损伤 (恢复2x)导致增生 (图2b-c)。ECs中条件性敲低nAChRβ3可显著降低恢复期间给药ACh后的Ca2+反应。综上所述，这些数据表明，ECs中nAChRβ3的减少会导致类似Ace上调的表型。这种作用是ECs特有的，因为在PCs、EBs、EEs、内脏肌肉或血细胞中有条件地抑制nAChRβ3对增殖没有影响。

Ca2+通过Inx2/Inx7间隙连接扩散

最后，我们测试了在烟碱敏感性试验中Inx2/Inx7缝隙连接是否促进了内皮细胞的Ca2+反应。有条件地减少Inx2表达导致在恢复期间尼古丁触发的Ca2+增加显著减弱 (图5g)。我们观察到，内皮细胞中的Ca2+分布不仅减少，而且不均匀 (图5g)。这表明在恢复过程中，缝隙连接促进nAChR诱导的Ca2+在内皮细胞中均匀分布。总之，我们的数据支持Inx2/Inx7缝隙连接是nAChR介导的Ca2+在恢复期间在内皮细胞中扩散所必需的，并且这种生物电信号的破坏阻止了向稳态的转变。

结论及展望

再生生物学中的一个基本问题是组织在损伤后如何恢复稳态。回答这个问题对于理解炎症性肠病和癌症等慢性疾病的病因至关重要。我们使用果蝇中肠对此进行了研究，发现在再生过程中，胆碱能神经元亚群触发肠上皮细胞(肠细胞)中的Ca2+电流，以促进稳态的恢复。我们发现，肠道上皮中保守的胆碱能酶乙酰胆碱酯酶的下调使来自特定TNF/Egr5感知胆碱能神经元的乙酰胆碱激活神经化肠细胞中的烟碱受体。这种激活触发高Ca2+通过Inx2/Inx7间隙连接在上皮中扩散，促进肠细胞成熟，随后减少增殖和炎症。破坏这一过程会导致慢性损伤，包括离子失衡、Yki/Yap激活、细胞死亡和炎症细胞因子增加，使人联想到炎症性肠病。总之，保守的胆碱能通路促进上皮Ca2+电流愈合肠上皮。我们的发现证明了依赖神经和生物电的肠道再生，并推进了我们目前对组织在损伤后如何恢复稳态的理解。

原文链接

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06627-y

参考文献

1.Petsakou Afroditi,Liu Yifang,Liu Ying et al. Cholinergic neurons trigger epithelial Ca currents to heal the gut.[J] .Nature, 2023, undefined: undefined.

转自：“生物医学科研之家”微信公众号

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