A bél "második agyában" az egészség kulcsszereplői jelennek meg | Quanta Magazin

Attól a pillanattól kezdve, hogy lenyel egy falat ételt, egészen addig a pillanatig, amikor az kilép a testedből, a belek azon fáradoznak, hogy feldolgozzák ezt a furcsa külső anyagot. A darabokat apró darabokra kell bontani. Meg kell különböztetnie az egészséges tápanyagokat a méreganyagoktól és a kórokozóktól, és csak azt kell felvennie, ami hasznos. És mindezt úgy teszi, hogy a részben feldolgozott élelmiszert egy irányba mozgatja az emésztés különböző gyárain – a szájon, a nyelőcsőn, a gyomoron, a beleken és kifelé.

„A túléléshez emésztés szükséges” – mondta Marissa Scavuzzo, az ohiói Case Western Reserve Egyetem posztdoktori kutatója. „Minden nap csináljuk, de ha jobban belegondolunk, nagyon idegenül és idegenül hangzik.”

Az élelmiszerek lebontásához több tucat sejttípus és számos szövet – az izomsejtektől és az immunsejtektől a vér- és nyirokerekig – koordinációra van szükség. Ennek az erőfeszítésnek az élén a bél saját idegsejt-hálózata áll, az úgynevezett enterális idegrendszer, amely átszövi a bélfalat a nyelőcsőtől a végbélig. Ez a hálózat az agytól szinte függetlenül működhet; Valójában összetettsége kiérdemelte a „második agy” becenevet. És akárcsak az agy, ez is kétféle idegrendszeri sejtből áll: neuronokból és glia sejtekből.

Az egykor a neuronok közötti teret kitöltő ragasztóanyagnak hitt gliát a 20. század nagy részében az agyban nagyrészt figyelmen kívül hagyták. Nyilvánvaló, hogy a neuronok voltak azok a sejtek, amelyek a dolgokat megtörténtették: elektromos és kémiai jelzések révén materializálják gondolatainkat, érzéseinket és cselekedeteinket. De az elmúlt néhány évtizedben a gliák elvesztették passzív szolgái identitásukat. Idegtudósok egyre inkább felfedezték hogy a glia fiziológiai szerepet tölt be az agyban és az idegrendszerben, amely egykor az idegsejtek számára fenntartottnak tűnt.

Hasonló gliaszámítás történik most a bélben. Számos tanulmány rámutatott arra, hogy a bélben oldódó glia különféle aktív szerepet játszik az emésztésben, a tápanyag felszívódásban, a véráramlásban és az immunválaszokban. Mások felfedik a bélben létező gliasejtek sokféleségét, és azt, hogy az egyes típusok hogyan finomíthatják a rendszert korábban ismeretlen módon. Egy közelmúltbeli, szakértői értékelésen még nem kapott tanulmány a gliasejtek új részhalmazát azonosította, amely érzékeli a táplálékot, amint az áthalad az emésztőrendszeren, jelezve a bélszövetnek, hogy összehúzódjon és elmozdítsa útja során.

Az enterális glia „úgy tűnik, hogy sok különböző szövettípus és biológiai folyamat határfelületén ül” – mondta Seyedeh Faranak Fattahi, a San Francisco-i Kaliforniai Egyetem celluláris molekuláris farmakológiájának adjunktusa. „Sok pontot kötnek össze a különböző fiziológiai szerepek között”.

Ezeket most specifikus gyomor-bélrendszeri rendellenességekhez és fájdalomtünetekhez kötik. Scavuzzo szerint a bélrendszerben játszott különböző szerepeik megértése kritikus lehet a kezelések kidolgozásához. "Remélhetőleg ez olyan, mint a bélben a gliasejtek reneszánszának kezdete."

Glia mindent megtesz

A tudósok több mint egy évszázada ismerik az enterális gliát, de egészen a közelmúltig senkinek nem volt eszköze a tanulmányozásukra. A kutatók az általuk kiváltott akciós potenciálok felvételével vizsgálhatnák a neuronokat. De a neuronokhoz képest a gliasejtek elektrofiziológiailag „unalmasak” – mondta Brian Gulbransen, a Michigani Állami Egyetem idegtudományi docense. Eltekintve néhány olyan jelentéstől, amelyek rámutattak az egészséges bélszövet megőrzésében betöltött szerepükre, továbbra is alulvizsgálták és alulértékelték őket.

Ez megváltozott az elmúlt évtizedben. Az új eszközök, amelyek lehetővé teszik a tudósok számára, hogy manipulálják a glia génaktivitását, vagy különböző módokon vizualizálják azokat, „drámai módon megváltoztatták a bélrendszeri idegrendszerre való tekintetünket” – mondta. Keith Sharkey, a Calgary Egyetem fiziológia és farmakológia professzora. Például a kalcium leképezés, egy módszer, amelyet Gulbransen dolgozott ki Sharkey laboratóriumában, amikor posztdoktori kutatóként dolgozott, lehetővé tette számukra a gliaaktivitás elemzését a sejtek kalciumszintjének nyomon követésével.

Ezen újabb technológiák némelyikének köszönhetően a tudósok már tudják, hogy az enterális glia az elsők között reagál a bélszövet sérülésére vagy gyulladására. Segítenek fenntartani a bél gátját, hogy távol tartsák a méreganyagokat. Közvetítik a bélösszehúzódásokat, amelyek lehetővé teszik az élelmiszer átáramlását az emésztőrendszeren. A gliák szabályozzák az őssejteket a bél külső rétegében, és kritikusak a szövetek regenerációjában. Csevegnek a mikrobiómmal, a neuronokkal és az immunrendszer sejtjeivel, irányítják és koordinálják funkcióikat.

„Azt gondoljuk, hogy mindent megtesznek” – mondta Gulbransen. "Minél többet tudnak meg az emberek róluk, annál kevésbé meglepő, hogy ezeket a sokrétű szerepeket töltik be."

A szerepek között is mozoghatnak. Kimutatták, hogy a laboratóriumi edényekben megváltoztatják identitásukat, egyik gliasejtek típusáról a másikra váltanak – ez hasznos képesség a folyamatosan változó bélkörnyezetben. „Annyira dinamikusak, fel vannak ruházva azzal a funkcionális kapacitással, hogy oly sokféle dolgot végezzenek, és ebben a hihetetlenül ingadozó és összetett környezetben ülnek” – mondta Scavuzzo.

Még akkor is, amikor a bélben lévő idegrendszerben fellépő glia izgalom alakul ki, az olyan tudósoknak, mint Scavuzzo, meglehetősen alapvető kérdéseket kell még kidolgozniuk – például, hogy hányféle enterális glia létezik.

Egy erő, amellyel számolni kell

Scavuzzo már gyermekkorában elbűvölte az emésztést, amikor szemtanúja volt anyja egészségügyi problémáinak a veleszületett megrövidült nyelőcső miatt. Az anyja gyomor-bélrendszeri szövődményeinek megfigyelése arra kényszerítette Scavuzzót, hogy felnőtt korában tanulmányozza a bélrendszert, hogy kezelést találjon az olyan betegek számára, mint az anyja. „Úgy nőttem fel, hogy tudtam és megértem, hogy ez a dolog fontos” – mondta. "Minél többet tudunk, annál jobban tudunk beavatkozni."

2019-ben, amikor Scavuzzo megkezdte posztdoktori kutatását a Case Western alatt Pál Tesar, a gliabiológia világszakértője, tudta, hogy szeretné feltárni az enterális glia sokféleségét. Tesar laboratóriumának egyetlen tudósaként, aki a beleket és nem az agyat vizsgálta, gyakran viccelődött kollégáival, hogy a bonyolultabb szervet tanulmányozza.

Az első évben hatalmas küzdelmekkel próbálta feltérképezni az egyes sejteket a bélben, ami kemény kutatási környezetnek bizonyult. Különösen nehéz volt a vékonybél, a nyombél kezdete, ahová tanulmányait összpontosította. A nyombél savas epe és emésztőnedve lebontotta az RNS-t, azt a genetikai anyagot, amely nyomokat rejtett a sejtek azonosságához, így szinte lehetetlenné tette a kinyerést. A következő néhány évben azonban új módszereket dolgozott ki a kényes rendszeren való munkához.

Ezek a módszerek lehetővé tették számára, hogy „első bepillantást nyerjen ezeknek a gliasejteknek a sokféleségébe” a nyombél minden szövetében – mondta Scavuzzo. Júniusban a biorxiv.org nyomtatás előtti szerveren közzétett, szakértői értékelésen még nem részesült cikkében beszámolt arról, hogy csapata felfedezte a a gliasejtek hat altípusa, beleértve azt is, amelyet „hub celláknak” neveztek el.

A hubsejtek a PIEZO2 nevű mechanoszenzoros csatorna génjeit expresszálják – egy membránfehérje, amely képes érzékelni az erőt, és jellemzően a fizikai érintésre reagáló szövetekben található meg. Más kutatók nemrégiben talált PIEZO2 jelen van egyes bél neuronokban; a csatorna lehetővé teszi a neuronok számára, hogy érzékeljék a táplálékot a belekben, és mozgassák azt. Scavuzzo feltételezte, hogy a glia agysejtek is érzékelik az erőt, és más bélsejteket is összehúzódásra utasítanak. Bizonyítékot talált arra, hogy ezek a csomósejtek nemcsak a nyombélben, hanem az ileumban és a vastagbélben is léteznek, ami arra utal, hogy valószínűleg szabályozzák az emésztőrendszer mozgékonyságát.

Kitörölte a PIEZO2-t az egerekben lévő enterális glia hub sejtekből, amiről úgy gondolta, hogy a sejtek elveszítik az erő érzékelésének képességét. Igaza volt: a bélmozgás lelassult, és az ételtartalom felhalmozódott a gyomorban. De a hatás finom volt, ami azt a tényt tükrözi, hogy más sejtek is szerepet játszanak abban, hogy a részben megemésztett táplálékot fizikailag mozgatják a belekben, mondta Scavuzzo.

Lehetséges, hogy minden érintett sejttípus más-más típusú összehúzódást szabályozhat – javasolta – „vagy csak további mechanizmusok lehetnek, amelyeket az organizmusok fejlesztettek ki annak érdekében, hogy meg tudjuk emészteni ételeinket az életben maradás érdekében”. Valószínűleg sok hibabiztos lehet az emésztésben, mert ez nagyon fontos folyamat – tette hozzá.

A kísérlet egyértelmű bizonyítékot szolgáltatott arra, hogy más sejtek mellett „a gliasejtek is képesek érzékelni a fizikai erőket” ezen a mechanoszenzoros csatornán keresztül. Vassilis Pachnis, a Francis Crick Intézet idegrendszer-fejlesztő és homeosztázis laboratóriumának vezetője. Ezután, miután érzékelték az erő változását, eltolhatják az idegi áramkörök aktivitását, hogy izomösszehúzódásokat váltsanak ki. „Ez egy csodálatos munka” – mondta.

A hub sejtek csak egy a sok glia altípus közül, amelyek funkcionális szerepet játszanak a bélben. Scavuzzo új hat altípusa, hozzáadva ezekhez korábbi kutatások jellemezték, együttesen a glia 14 ismert alcsoportját tárják fel a duodenumban, az ileumban és a vastagbélben. Valószínűleg továbbiakat fedeznek fel az elkövetkező években, és mindegyik új lehetőséget rejt magában az emésztés működésének jobb magyarázatában, és lehetővé teszi a kutatók számára, hogy különféle gasztrointesztinális rendellenességek kezelését fejlesszék ki.

Fájdalom a bélben

A gyomor-bélrendszeri betegségek gyakran fájdalommal járnak, a zavaró emésztési problémákon kívül. A rossz vagy a túl sok megfelelő étel fogyasztása gyomorfájást okozhat. Ezeket a bélérzéseket az enterális idegsejtek, köztük a glia vezérlik. Mivel ma már ismert, hogy a glia szabályozza az immunsejtek aktivitását, feltételezhető, hogy számos gyomor-bélrendszeri rendellenességben és betegségben szerepet játszanak, így jó potenciális célpontok a kezelésekhez.

Pachnis és csoportja néhány évvel ezelőtt megállapította, hogy a glia az első sejttípusok közé tartozik, amelyek reagálnak az egérbélben lévő sérülésekre vagy gyulladásokra, és az enterális gliasejtek manipulálása is gyulladásos választ válthat ki. Úgy tűnik, hogy a bélben a glia a valódi immunsejtekéhez hasonló szerepet tölt be, mondta Pachnis, és így működési zavaruk krónikus autoimmun rendellenességekhez vezethet. gyulladásos bélbetegségek, mint például a fekélyes vastagbélgyulladás és a Crohn-betegség. "A gliasejtek határozottan szerepet játszanak a bélrendszer különböző betegségeinek kialakulásában, patogenezisében és progressziójában" - mondta.

A gliák valószínűleg azért vesznek részt benne, mert központi szerepet töltenek be a mikrobiom, az immunsejtek és más bélsejtek közötti kommunikációban. Az egészséges glia erősíti a belek hámrétegét, egy sejtréteget, amely távol tartja a méreganyagokat és a kórokozókat, valamint felszívja a tápanyagokat. A Crohn-betegségben szenvedő betegeknél azonban a gliasejtek nem működnek megfelelően, ami gyengébb gátat és nem megfelelő immunválaszt eredményez.

"A glia különböző altípusai különbözőképpen működhetnek, vagy működésképtelenné válhatnak olyan betegségek és rendellenességek széles körében, amelyek a motilitást érintik" - mondta Scavuzzo. Az ideggyulladással, a szervek túlérzékenységével és még az idegsejtek halálával is összefüggésbe hozhatók.

Például Gulbransen és csapata nemrég fedezte fel ezt glia hozzájárul a bélfájdalomhoz neuronokat érzékenyítő molekulák kiválasztásával. Ez valószínűleg egy adaptív válasz, amelynek célja, hogy felhívja a bél figyelmét a káros anyagokra, hogy megsemmisítse azokat, mondta Gulbransen, amely mellékhatásként fájdalmat okoz.

A ma közzétett eredmények Tudományos jelzés, azt sugallják, hogy a glia megcélzása segíthet enyhíteni a bélgyulladásos rendellenességek okozta fájdalom egy részét.

Maguk a gliák is stresszessé válhatnak genetikai problémák, a mikrobiomból származó metabolitoknak való kitettség, rossz táplálkozás vagy egyéb tényezők miatt. Fattahi megfigyelte, hogy az októl függetlenül a stresszes enterális glia hatással van az egész szövetre, és néha még a szomszédos neuronokat is károsítja, vagy immunsejteket toboroz, további gyulladást és fájdalmat okozva.

Sharkey szerint ezek az új, enterális glia-vizsgálatok nagymértékben hozzájárulnak ahhoz, hogy megmagyarázzák sok olyan gyomor-bélrendszeri rendellenességet, amelyek megértésével és kezelésével a kutatók küzdöttek. "Nagyon izgatott vagyok, hogy látom, hogyan fejlődtek ezek a sejtek az enterális neurobiológia központi alakjává az évek során."

Egyre világosabbá válik, hogy a neuron nem egyedül működik az enterális rendszerben – tette hozzá. „Ezek a gyönyörű glia partnerek teszik lehetővé, hogy a leghatékonyabb és legeredményesebb módon végezze a dolgát.”

Quanta felméréssorozatot végez közönségünk jobb kiszolgálása érdekében. Vidd a miénket biológia olvasói felmérés és ingyenesen nyerhetsz Quanta áru.