Bağırsakların 'İkinci Beyninde' Sağlığın Temel Ajanları Ortaya Çıkıyor | Quanta Dergisi

Bir lokma yemeği yuttuğunuz andan vücudunuzdan çıktığı ana kadar bağırsaklar bu tuhaf dış maddeyi işlemek için çabalıyor. Parçaları küçük parçalara ayırması gerekiyor. Sağlıklı besinleri toksinlerden veya patojenlerden ayırmalı ve yalnızca faydalı olanı emmelidir. Ve tüm bunları, kısmen işlenmiş gıdayı farklı sindirim fabrikalarından (ağız, yemek borusu, mide, bağırsaklardan geçerek dışarı) bir yönde hareket ettirerek yapar.

"Hayatta kalmak için sindirim gereklidir" dedi Marissa ScavuzzoOhio'daki Case Western Reserve Üniversitesi'nde doktora sonrası araştırmacı. "Bunu her gün yapıyoruz ama aynı zamanda gerçekten düşünürseniz kulağa çok yabancı ve yabancı geliyor."

Besinlerin parçalanması, kas hücreleri ve bağışıklık hücrelerinden kan ve lenfatik damarlara kadar düzinelerce hücre tipi ve birçok doku arasında koordinasyon gerektirir. Bu çabanın başında, bağırsak duvarlarını yemek borusundan rektuma kadar uzanan, enterik sinir sistemi olarak bilinen, bağırsağın kendi sinir hücreleri ağı yer alır. Bu ağ beyinden neredeyse bağımsız olarak işleyebilmektedir; aslında karmaşıklığı ona "ikinci beyin" lakabını kazandırdı. Tıpkı beyin gibi o da iki tür sinir sistemi hücresinden oluşur: nöronlar ve glia.

Bir zamanlar sadece nöronlar arasındaki boşluğu dolduran bir yapıştırıcı olduğu düşünülen Glia, 20. yüzyılın büyük bölümünde beyinde büyük ölçüde göz ardı edildi. Açıkçası, nöronlar olayları gerçekleştiren hücrelerdi: Elektriksel ve kimyasal sinyaller yoluyla düşüncelerimizi, duygularımızı ve eylemlerimizi somutlaştırıyorlar. Ancak son birkaç on yılda glialar pasif hizmetçiler olarak kimliklerini yitirdiler. Sinirbilimciler giderek keşfettim glia'nın beyinde ve sinir sisteminde bir zamanlar nöronlara ayrılmış gibi görünen fizyolojik roller oynadığını gösteriyor.

Benzer bir glial hesaplama şu anda bağırsakta da gerçekleşiyor. Bir dizi çalışma enterik glia'nın sindirim, besin emilimi, kan akışı ve bağışıklık tepkilerinde oynadığı çeşitli aktif rollere işaret etmiştir. Diğerleri bağırsakta bulunan glial hücrelerin çeşitliliğini ve her türün daha önce bilinmeyen yollarla sisteme nasıl ince ayar yapabildiğini ortaya koyuyor. Henüz hakem değerlendirmesinden geçmemiş yeni bir çalışma, sindirim kanalında hareket eden yiyecekleri algılayan, bağırsak dokusuna kasılması ve onu yolu boyunca hareket ettirmesi için sinyal gönderen yeni bir glial hücre alt kümesini tanımladı.

Enterik glia "birçok farklı doku tipinin ve biyolojik sürecin arayüzünde oturuyor gibi görünüyor" dedi. Seyedeh Faranak FattahiSan Francisco'daki California Üniversitesi'nde hücresel moleküler farmakoloji alanında yardımcı doçent olan Dr. "Farklı fizyolojik roller arasında birçok noktayı birleştiriyorlar."

Artık belirli gastrointestinal bozukluklar ve ağrı semptomlarıyla ilişkilendiriliyorlar. Scavuzzo, bağırsakta oynadıkları farklı rolleri anlamanın tedavileri geliştirmek için kritik olabileceğini söyledi. "Umarım bu, bağırsaktaki glial hücre rönesansının başlangıcı gibidir."

Glia Her Şeyi Yapar

Bilim insanları enterik glia hakkında bir yüzyılı aşkın süredir bilgi sahibiydi ancak yakın zamana kadar hiç kimsenin bunları inceleyecek araçları yoktu. Araştırmacılar, ateşledikleri aksiyon potansiyellerini toplayarak nöronları inceleyebilirler. Ancak nöronlarla karşılaştırıldığında glial hücrelerin elektrofizyolojik olarak "sıkıcı" olduğu belirtildi. Brian GulbransenMichigan Eyalet Üniversitesi'nde sinir bilimi alanında doçent olan Dr. Sağlıklı bağırsak dokusunu korumadaki rollerine işaret eden birkaç raporun dışında, bunlar yeterince araştırılmamış ve yeterince takdir edilmemiştir.

Bu durum son on yılda değişti. Bilim adamlarının gliadaki gen aktivitesini manipüle etmesine veya bunları farklı şekillerde görselleştirmesine olanak tanıyan yeni araçların "enterik sinir sistemine bakışımızı önemli ölçüde değiştirdiğini" söyledi. Keith SharkeyCalgary Üniversitesi'nde fizyoloji ve farmakoloji profesörü. Örneğin, Gulbransen'in Sharkey'nin laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olarak çalışırken geliştirdiği bir yöntem olan kalsiyum görüntüleme, hücrelerdeki kalsiyum seviyelerini takip ederek glial aktiviteyi analiz etmelerine olanak sağladı.

Bu yeni teknolojilerin bazıları sayesinde bilim insanları artık enterik glia'nın bağırsak dokusundaki yaralanma veya iltihaplanmaya ilk müdahale edenler arasında olduğunu biliyor. Toksinleri dışarıda tutmak için bağırsak bariyerinin korunmasına yardımcı olurlar. Yiyeceklerin sindirim sistemi boyunca akmasını sağlayan bağırsak kasılmalarına aracılık ederler. Glia, bağırsağın dış katmanındaki kök hücreleri düzenler ve doku yenilenmesi için kritik öneme sahiptir. Mikrobiyom, nöronlar ve bağışıklık sistemi hücreleriyle sohbet ederek işlevlerini yönetip koordine ederler.

Gulbransen, "Her şeyi onların yaptığını düşünüyoruz" dedi. "İnsanlar onlar hakkında ne kadar çok şey öğrenirse, bu farklı rolleri oynamaları da o kadar şaşırtıcı olmuyor."

Ayrıca roller arasında geçiş yapabilirler. Laboratuvar kaplarında kimliklerini değiştirdikleri, bir glial hücre tipinden diğerine geçtikleri gösterildi; bu, sürekli değişen bağırsak ortamında faydalı bir yetenek. Scavuzzo, "O kadar dinamikler ki, bu inanılmaz derecede değişken ve karmaşık ortamda otururken pek çok farklı şeyi yapabilecek işlevsel kapasiteye sahipler" dedi.

Enterik sinir sisteminde glia hakkında heyecan artsa da, Scavuzzo gibi bilim adamlarının hala cevaplaması gereken oldukça temel soruları var - örneğin kaç tür enterik glia'nın var olduğu gibi.

Hesaba katılması gereken bir güç

Scavuzzo, çocukluğunda annesinin doğuştan kısa yemek borusu nedeniyle yaşadığı tıbbi sorunlara tanık olduğunda sindirime hayran kaldı. Annesinin mide-bağırsak komplikasyonlarından geçmesini izlemek Scavuzzo'yu, annesi gibi hastalara tedavi bulmak için yetişkinlikte bağırsakları incelemeye zorladı. "Bu şeylerin önemli olduğunu bilerek ve anlayarak büyüdüm" dedi. “Ne kadar çok bilirsek, daha iyi müdahale edebiliriz.”

2019 yılında Scavuzzo, Case Western'de doktora sonrası araştırmasına başladığında paul tesarGlial biyolojide dünya çapında bir uzman olarak enterik glia çeşitliliğini ortaya çıkarmak istediğini biliyordu. Tesar'ın laboratuvarında beyni değil bağırsağı inceleyen tek bilim insanı olarak, meslektaşlarıyla daha karmaşık bir organ üzerinde çalıştığına dair sık ​​sık şakalaşıyordu.

İlk yıl, zorlu bir araştırma ortamı olduğu ortaya çıkan bağırsaktaki hücrelerin haritasını çıkarmak için büyük çaba harcadı. Çalışmalarına odaklandığı ince bağırsağın başlangıcı olan duodenum özellikle zorluydu. Duodenumun asidik safrası ve sindirim suları, hücrelerin kimliklerine dair ipuçları taşıyan genetik materyal olan RNA'yı bozdu ve çıkarılmasını neredeyse imkansız hale getirdi. Ancak önümüzdeki birkaç yıl içinde hassas sistem üzerinde çalışmak için yeni yöntemler geliştirdi.

Scavuzzo, bu yöntemlerin duodenumun tüm dokularındaki "bu glial hücrelerin çeşitliliğine ilk bakışı" elde etmesini sağladığını söyledi. Haziran ayında, biorxiv.org ön baskı sunucusunda yayınlanan ve henüz hakem değerlendirmesinden geçmemiş bir makalede, ekibinin şunları keşfettiğini bildirdi: altı glial hücre alt tipi"merkez hücreleri" adını verdikleri biri de dahil.

Hub hücreleri, gücü algılayabilen ve tipik olarak fiziksel dokunuşa tepki veren dokularda bulunan bir membran proteini olan PIEZO2 adı verilen mekanosensör bir kanal için genleri ifade eder. Diğer araştırmacılar kısa süre önce bulundu Bazı bağırsak nöronlarında bulunan PIEZO2; kanal, nöronların bağırsaklardaki yiyecekleri algılamasına ve onu hareket ettirmesine olanak tanır. Scavuzzo, glial merkez hücrelerinin de kuvveti algılayabildiğini ve diğer bağırsak hücrelerine kasılma talimatı verebildiğini öne sürdü. Bu merkez hücrelerin sadece duodenumda değil, aynı zamanda ileum ve kolonda da mevcut olduğuna dair kanıtlar buldu; bu da onların muhtemelen sindirim sistemi boyunca hareketliliği düzenlediklerini gösteriyor.

Farelerdeki enterik glia merkez hücrelerinden PIEZO2'yi sildi ve bunun hücrelerin kuvveti algılama yeteneğini kaybetmesine neden olacağını düşündü. Haklıydı: Bağırsak hareketliliği yavaşladı ve midede yiyecek içeriği birikti. Ancak Scavuzzo, etkinin incelikli olduğunu, bunun da kısmen sindirilmiş gıdanın bağırsakta fiziksel olarak taşınmasında diğer hücrelerin de rol oynadığı gerçeğini yansıttığını söyledi.

İlgili her hücre tipinin farklı bir kasılma türünü düzenleyebileceğini öne sürdü - "veya bunlar, hayatta kalmak için yiyeceklerimizi sindirmeye devam edebilmemizi sağlamak için organizmaların geliştirdiği ek mekanizmalar olabilir." Kendisi, sindirimde muhtemelen pek çok güvenlik önlemi bulunduğunu, çünkü bunun çok önemli bir süreç olduğunu ekledi.

Deney, diğer hücrelerin yanı sıra "glial hücrelerin de bu mekanik-duyusal kanal aracılığıyla fiziksel güçleri algılayabildiğine" dair açık kanıtlar sundu. Vasilis PachnisFrancis Crick Enstitüsü'nde sinir sistemi geliştirme ve homeostaz laboratuvarının başkanı. Daha sonra, güçteki değişimi algılayarak sinir devrelerinin aktivitesini kas kasılmalarını tetikleyecek şekilde değiştirebilirler. "Harika bir çalışma" dedi.

Göbek hücreleri bağırsakta fonksiyonel rol oynayan birçok glial alt tipten sadece bir tanesidir. Scavuzzo'nun bunlara yeni altı alt türü eklendi önceki araştırmalarda tanımlanan, birlikte duodenum, ileum ve kolon boyunca bilinen 14 glia alt grubunu ortaya koyuyor. Önümüzdeki yıllarda, her biri sindirimin nasıl çalıştığını daha iyi açıklama ve araştırmacıların çeşitli gastrointestinal bozukluklar için tedaviler geliştirmesine olanak sağlama konusunda yeni potansiyele sahip daha fazlasının keşfedilmesi muhtemeldir.

Midede Bir Ağrı

Gastrointestinal hastalıklar sıklıkla sindirim sorunlarının yanı sıra bir miktar ağrıyla birlikte gelir. Yanlış yiyeceği yemek ya da doğru olanı çok fazla yemek mide ağrısına neden olabilir. Bu içgüdüsel duygular, glia dahil enterik sinir hücreleri tarafından yönlendirilir. Glia'nın artık bağışıklık hücrelerinin aktivitesini kontrol ettiği bilindiğinden, birçok gastrointestinal bozukluk ve hastalıkta rol oynadığından şüpheleniliyor ve bu da onları tedaviler için iyi potansiyel hedefler haline getiriyor.

Birkaç yıl önce Pachnis ve grubu, glia'nın fare bağırsağında yaralanma veya iltihaplanmaya yanıt veren ilk hücre tipleri arasında olduğunu ve enterik glial hücrelere müdahale edilmesinin de iltihaplı bir tepki yaratabileceğini buldu. Pachnis, bağırsaktaki glia'ların gerçek bağışıklık hücrelerine benzer roller üstlendiğini ve bu nedenle işlev bozukluklarının kronik otoimmün bozukluklara yol açabileceğini söyledi. inflamatuar bağırsak hastalıklarıülseratif kolit ve Crohn hastalığı gibi. "Glial hücreler bağırsaktaki çeşitli hastalıkların başlangıcında, patogenezinde ve ilerlemesinde kesinlikle rol oynuyor" dedi.

Glia'lar muhtemelen mikrobiyom, bağışıklık hücreleri ve diğer bağırsak hücreleri arasındaki iletişimdeki merkezi rollerinden dolayı rol oynuyor. Sağlıklı glia, bağırsakların toksinleri ve patojenleri dışarıda tutan ve besinleri emen bir hücre tabakası olan epitel bariyerini güçlendirir. Ancak Crohn hastalığı olan hastalarda glial hücreler düzgün çalışmaz, bu da daha zayıf bir bariyere ve uygun olmayan bağışıklık tepkisine neden olur.

Scavuzzo, "Glia'nın farklı alt tipleri, hareketliliğin etkilendiği çok çeşitli hastalık ve bozukluklarda farklı şekilde işlev görebilir veya işlevsiz olabilir" dedi. Ayrıca sinir iltihabı, organlardaki aşırı duyarlılık ve hatta nöron ölümüyle de ilişkilendirilmiştir.

Örneğin Gulbransen ve ekibi yakın zamanda şunu keşfetti: glia bağırsak ağrısına katkıda bulunur nöronları hassaslaştıran moleküller salgılayarak. Gulbransen, bunun muhtemelen bağırsağın dikkatini zararlı maddelere çekerek onları yok etmeye yönelik uyarlanabilir bir tepki olduğunu, bunun da bir yan etki olarak ağrıya neden olduğunu söyledi.

Bulgular, bugün yayınlanan Bilim Sinyali, glia'yı hedeflemenin bağırsaktaki inflamatuar bozuklukların yarattığı ağrının bir kısmını hafifletmeye yardımcı olabileceğini öne sürüyor.

Glia'nın kendisi de genetik problemler, mikrobiyomdan gelen metabolitlere maruz kalma, kötü beslenme veya diğer faktörler nedeniyle strese girebilir. Fattahi, nedeni ne olursa olsun, stresli enterik glia'nın tüm dokuyu etkilediğini ve hatta bazen komşu nöronlara zarar verdiğini veya bağışıklık hücrelerini toplayarak ek iltihaplanma ve ağrıya neden olduğunu gözlemledi.

Sharkey, enterik gliadaki bu yeni çalışmaların, araştırmacıların anlamak ve tedavi etmek için uğraştığı birçok gastrointestinal bozukluğun açıklanmasında uzun bir yol kat edeceğini söyledi. "Bu hücrelerin yıllar içinde enterik nörobiyolojide merkezi figürler haline gelecek şekilde nasıl evrimleştiğini görmek beni gerçekten heyecanlandırıyor."

Nöronun enterik sistemde tek başına hareket etmediğinin giderek daha net hale geldiğini ekledi. "Glia'da, işini en verimli ve etkili şekilde yapmasına gerçekten olanak tanıyan bu güzel ortaklar var."

Kuantum izleyicilerimize daha iyi hizmet verebilmek için bir dizi anket yürütüyor. Bizimkini al biyoloji okuyucu anketi ve ücretsiz kazanmak için girileceksiniz Kuantum mal.