偷偷撸改 Nature | 北京大学李毓龙课题组和David Julius等合营揭示肠说念5-羟色胺应激反馈机制

转自：生物谷偷偷撸改

肠说念当作消化器官，除了不错消化食品，也存在复杂的嗅觉系统，以监测和搪塞各式刺激，而肠说念系统的错乱也会导致相干病症，如肠易激抽象征（irritablebowelsyndrome，IBS）。肠说念中存在着一类特化的嗅觉细胞，肠内分泌细胞，这些细胞在感受到刺激物后开释激素或者神经递质，进而通过一系列的信号传递，产生不同的生理影响。其中备受关爱的肠内分泌细胞是肠嗜铬细胞（enterochromaffincell，EC），这类细胞大致多数合成和分泌5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT，也称为血清素，serotonin）。

在哺乳动物个体中，约95%的5-HT存在于EC细胞中。肠说念中抒发多种5-HT受体亚型，主要包括低亲和力的离子通说念型5-HT3受体和高亲和力的代谢型5-HT4受体，前者通过激活嗅觉神经元进而引起恶心、心事等，后者则能增强肠说念的离子分泌从而保管肠说念的液体平衡。那么肠说念是怎么反馈不同刺激而好意思满对不同5-HT信号通路的调控呢？在这个经过中，5-HT信号的时空变化有何特征？这种调控是否和肠说念特有的隐窝（crypts）和绒毛（villi）结构关联？此前由于难以对肠说念5-HT时空动态进行监测，因而上述问题悬而未决。

2025年2月12日，《Nature》杂志在线发表了题为“Topologicalsegregationofstresssensorsalongthegutcrypt–villusaxis”的盘问论文，该盘问由北京大学人命科学学院、IDG麦戈文脑科学盘问所、北大-清华人命科学联结中心李毓龙本质室，好意思国加利福尼亚大学旧金山分校（UCSF）DavidJulius本质室和澳大利亚阿德莱德大学霍普伍德神经生物学中心内脏心事盘问组StuartM.Brierley本质室合营完成。该盘问使用可遗传编码的5-HT荧光探针，结合药理学操控、电生理记载和转录分析等多种本事技能，发现肠说念隐窝和绒毛的EC细胞抒发不同的刺激反馈受体、具有不同的5-HT开释特征，从而好意思满对肠说念完好性的监测及刺激物的应激反应。

为了大致及时监测肠说念5-HT的时空动态变化，本盘问基于李毓龙课题组于2024年发表的纠正版块绿色荧光探针gGRAB5-HT3.0（后续简称g5-HT3.0）构建了抒发该探针的转基因小鼠品系（图1），通过将该论说品系和Vil1cre品系小鼠杂交，顺利地在肠说念上皮细胞抒发了g5-HT3.0探针，从而好意思满了对肠说念中5-HT时空动态的成像（图2）。

图1. gGRAB5-HT3.0的探针旨趣及小鼠品系开荒战略偷偷撸改

图2. 完好隐窝–绒毛结构的5-HT及时成像

除了大致聪惠地检测到高钾溶液激活EC细胞所引起的5-HT开释，该系统也能检测到隐窝处的5-HT自觉开释（视频1），然而在绒毛处并未检测到，这闪现隐窝中的5-HT开释存在两种不同模式。隐窝抒发一类瞬时受体电位离子通说念（transientreceptorpotentialionchannel）TRPA1（也叫作念芥末受体），原位杂交本质标明TRPA1在隐窝高抒发，况兼沿着底部的隐窝到顶部的绒毛抒发量巩固裁汰，随后通过使用TRPA1受体的爽朗剂异硫氰酸烯丙酯（allylisothiocyanate，AITC）科罚分裂的隐窝和绒毛，发现AITC科罚能引起隐窝的5-HT开释然而弗成引起绒毛的5-HT开释，况兼TRPA1受体的拮抗剂A967079（A96）大致减少隐窝EC细胞的自觉行为。

进一步使用一个亲和力更低的5-HT探针gGRAB5-HT2m结合抒发不同5-HT受体亚型的细胞记载，发现隐窝EC细胞自觉开释的5-HT浓度较低（纳摩尔界限），仅能激活代谢型受体（如5-HT4或者5-HT2），最终刺激离子分泌；而AITC刺激所引起的5-HT开释浓度更高（微摩尔界限），除了激活代谢型受体，也大致激活5-HT3离子通说念型受体，进而激活嗅觉神经元。因此肠说念通过EC细胞开释不同浓度的5-HT，结合肠说念中不同的5-HT受体抒发特征，好意思满了对5-HT不同的信号通路的激活（图3）。

图3. 隐窝EC细胞存在TRPA1受体依赖的两种5-HT开释模式

那么，生理病理条款下，肠说念这一特有的5-HT信号是怎么好意思满对刺激的反馈的呢？为了酌量黏液层是否如实大致当作肠说念搪塞刺激物的樊篱，该盘问使用保留了隐窝和黏液层的崭新制备的肠组织，测试了不同亲电体的刺激效应，发现惟有高活性亲电体丙烯醛（acrolein）大致热烈刺激隐窝EC细胞，然而使用黏卵白酶StcE科罚肠组织降解黏液层后，底本无效的亲电体（如AITC）也能快速地激活隐窝EC细胞的TRPA1受体，由此标明宽泛生理条款下，惟有很强的亲电体大致投入隐窝激活EC细胞，而黏液层受损后，其它的刺激物也能激活隐窝处的EC细胞引起5-HT的开释（图4）。而绒毛处则主要抒发大致被胞内ADP核糖激活的TRPM2受体，氧化威迫大致激活绒毛EC细胞，使其同期开释5-HT和ATP，共同激活粘膜迷走传入神经。

图4. TRPA1是黏液层保护下的隐窝EC细胞的亲电体检测器

本盘问由外洋多个团队合营好意思满了“新本事-新发现-新见地”的冲破，通过构建新式5-HT探针的论说品系小鼠，好意思满了肠说念中5-HT的时空动态成像，发现肠说念中隐窝和绒毛的EC细胞存在不同的开释模式，并进一步诠释了隐窝-绒毛轴拓扑抑遏的生理功能及病理机制（图5），为结伴肠说念应激反馈机制提供了新想路，也有助于开荒新的肠说念疾病的调整战略。

图5. 肠应激反应中的区域化EC细胞信号模式记忆

UCSF的博士后KoukiK.Touhara为本文第一作家兼共同通信作家，UCSF的DavidJulius讲授、北京大学李毓龙讲授和阿德莱德大学StuartM.Brierley讲授为共同通信作家。值得一提的是，本盘问波及到外洋间三个课题组的合营，三位共同合营施展我方的专长激动了本盘问，其中DavidJulius课题组的博士盘问生NathanD.Rossen进行了EC细胞的膜片钳记载偷偷撸改，李毓龙课题组邓飞博士（现为斯坦福大学博士后）开荒了5-HT探针及转基因小鼠品系，StuartM.Brierley课题组的JoelCastro博士进行了空肠传入神经电行为记载，其他合营者也作念出了遑急孝顺。本盘问中，李毓龙课题组取得了膜生物学国度重心本质室、北大-清华人命科学联结中心、国度当然科学基金和新基石科学基金会所诞生的新基石盘问员花式与科学探索奖等机构和经费的放置撑捏。