Редкие клетки — «окно в кишечник» для нервной системы
Специализированные клетки в кишечнике обнаруживают потенциально вредные химические вещества и запускают электрические импульсы в близлежащих нервных волокнах. «Эти клетки — сенсоры, как окно, заглядывающее в содержимое кишечника», — сказал Джеймс Байрер, доктор медицины и философии, один из ведущих авторов исследования.
Используя имитирующие кишечник «органоиды», выращенные из стволовых клеток мыши, исследователи показали, как клетки кишечной выстилки, называемые энтерохромаффинными (EC) клетками, предупреждают нервную систему о проблемах в кишечнике — от бактериальных продуктов до воспалительных молекул пищи.
Понимание роли EC-клеток в реакции кишечника на химические раздражители может предложить новые подходы к лечению желудочно-кишечных расстройств, таких как синдром раздражённого кишечника (СРК).
Кишечник имеет площадь поверхности более чем в 100 раз больше, чем кожа. Хотя EC-клетки составляют всего один процент выстилки кишечника, они производят 90% серотонина организма — ключевой сигнальной молекулы. Серотонин в кишечнике участвует в сокращениях и ощущении дискомфорта.
EC-клетки рассеяны среди других клеток на поверхности ворсинок кишечника. Под ними находятся нервные волокна. Новое исследование показало, что EC-клетки интегрируют информацию о химических раздражителях, бактериальных соединениях и гормонах стресса, а затем с помощью серотонина передают её соседним нервным клеткам.
«Люди подозревали такую роль EC-клеток и раньше, но это исследование впервые даёт нам чёткое понимание того, как именно кишечник общается с нервной системой», — сказал Дэвид Джулиус, профессор и соавтор исследования.
Клетки электрически возбуждаются раздражителями
Исследователи обнаружили, что три класса молекул вызывают изменение напряжения на мембранах EC-клеток:
- Бактериальные побочные продукты — летучие жирные кислоты.
- Гормоны катехоламины (включая дофамин, эпинефрин и норадреналин), которые могут сигнализировать о стрессе в кишечнике.
- Пищевой раздражитель AITC, отвечающий за острый вкус чеснока.
Все эти типы молекул ранее связывали с СРК. Когда EC-клетки возбуждаются, они высвобождают серотонин в синапсы с соседними нервными волокнами, запуская в них электрические импульсы.
«Они на самом деле электрически возбудимы. Они ведут себя почти как нейроны», — сказал Джулиус.
Сигналы могут вызывать как боль, так и позывы
Нервные сигналы, исходящие от EC-клеток, могут влиять как на локальную нервную сеть кишечника («второй мозг»), вызывая непроизвольные сокращения, так и, достигая головного мозга, ощущение «болей в животе».
«Подобно тому, как мы пытаемся избавиться от отвратительного вкуса, кишечник может реагировать на „вкус“ бактериальных или раздражающих молекул, пытаясь вытолкнуть их», — сказал Байрер.
Следующим шагом будет изучение EC-клеток в органоидах, выращенных из человеческих клеток, так как их чувствительность к молекулам может отличаться от мышиной.
Воздействие на клетки может помочь в лечении СРК
Чрезмерная реакция EC-клеток и нервных сетей, которые они активируют, может вызывать такие проблемы, как СРК. Понимание того, что заставляет эти клетки реагировать, может помочь в поиске лекарств, предотвращающих их гиперактивность.
Интересно, что для лечения СРК уже используются СИОЗС (селективные ингибиторы обратного захвата серотонина), что предполагает связь между болезнью и серотониновой системой.