腸道神經(jīng)系統(tǒng)受中樞神經(jīng)系統(tǒng)的控制，且富含神經(jīng)元。腸道神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)元也可以分泌許多神經(jīng)遞質(zhì)，如 5-羥色胺和乙酰膽堿（Ach）。而小腸上皮細(xì)胞可以表達(dá)Ach 受體：毒蕈堿受體和煙堿受體。作為 G 蛋白偶聯(lián)受體（G-protein coupled receptors，GPCRs），毒蕈堿受體通過下游的信號(hào)通路影響基因表達(dá)和細(xì)胞的功能。但是小腸上皮細(xì)胞表達(dá)膽堿受體的重要性和小腸上皮細(xì)胞與神經(jīng)系統(tǒng)是否發(fā)生直接作用還不清楚。

而發(fā)表在《Immunity》這篇文章中，作者發(fā)現(xiàn)在秀麗隱桿線蟲的小腸上皮細(xì)胞中，毒蕈堿信號(hào)通路可以通過激活 Wnt 信號(hào)通路控制先天性防御的基因表達(dá)，將神經(jīng)細(xì)胞的信號(hào)通路和腸道的先天免疫作用聯(lián)系了起來^[1]。

       金黃色葡萄球菌感染線蟲會(huì)導(dǎo)致小腸上皮細(xì)胞中的 clec-60 明顯升高。clec-60 基因編碼一個(gè)分泌蛋白，具有抗菌的作用。根據(jù)已有文獻(xiàn)，作者猜測(cè)感染導(dǎo)致的 clec-60 表達(dá)升高可能通過 GPCRs 信號(hào)通路進(jìn)行^[2]。為了檢測(cè) clec-60上游的信號(hào)通路，作者在金黃色葡萄球菌感染的線蟲中利用 RNAi 的方式干擾了 890 個(gè) GPCRs 基因的表達(dá)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，毒蕈堿受體編碼基因 gar-2 的表達(dá)被 RNAi 干擾后， clec-60 的表達(dá)也受到了抑制。秀麗隱桿線蟲有兩個(gè)編碼毒蕈堿受體的基因，gar-2 和 gar-3 。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，gar-2 和 gar-3 在介導(dǎo)感染導(dǎo)致的 clec-60升高中均有作用。

作者又利用了 Ach 的擬似物 Arecoline，發(fā)現(xiàn)可以達(dá)到與金黃色葡萄球菌感染相類似的效果，成功誘導(dǎo) clec-60 等感染相關(guān)基因的表達(dá)。而利用毒蕈堿受體的拮抗劑 Scopolamine 則起到了相反的作用。毒蕈堿受體的激動(dòng) Oxotremorine 也可以誘導(dǎo)clec-60 的表達(dá)。綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，線蟲通過毒蕈堿受體的激活抵御金黃色葡萄球菌的感染（圖1）。

 

                           

圖1. 線蟲通過激活毒蕈堿受體抵御感染示意圖

已有文獻(xiàn)報(bào)道，金黃色葡萄球菌感染導(dǎo)致線蟲的 clec-60 表達(dá)升高依賴于 β-catenin 的等位基因 bar-1，bar-1 在經(jīng)典的 Wnt 信號(hào)通路的發(fā)揮作用。作者發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌感染會(huì)導(dǎo)致線蟲高表達(dá) Wnt 信號(hào)配體基因 cwn-2。而在未被細(xì)菌感染的線蟲內(nèi)，利用膽堿受體的擬似物 Arecoline 和激動(dòng)劑 Oxotremorine 也可以刺激 cwn-2 的表達(dá)（圖2）。

圖2. 膽堿受體激動(dòng)劑刺激 Wnt 信號(hào)通路配體的表達(dá)

此外，作者還發(fā)現(xiàn)，在細(xì)菌感染后線蟲體內(nèi)的 Ach 快速升高，在 10 min 內(nèi)即達(dá)到峰值，隨后開始逐漸減低，并在 4h 以后穩(wěn)定在一定水平。而 cwn-2 和 clec-60 的mRNA 表達(dá)水平則是在感染后逐漸升高，并在 16h 左右才達(dá)到峰值。綜合以上結(jié)果，金黃色葡萄球菌的感染刺激 Ach 釋放激活毒蕈堿信號(hào)通路，而毒蕈堿信號(hào)通路的又誘導(dǎo) Wnt 信號(hào)通路的受體和配體的表達(dá)（圖3）。

圖3. 細(xì)菌感染后毒蕈堿信號(hào)通路和 Wnt 信號(hào)通路的聯(lián)系

為了進(jìn)一步研究 Wnt 信號(hào)通路對(duì)于抗感染的作用，作者敲除了 Wnt 信號(hào)通路受體 Frizzled 的編碼基因 mig-1，與野生型相比毒蕈堿信號(hào)通路的抗菌作用被明顯破壞。證明毒蕈堿信號(hào)通路的抗菌作用下游需要通過 Wnt 信號(hào)通路，而 Wnt 信號(hào)通路在先天性免疫反應(yīng)中也是必要的條件（圖4）。

圖4.Wnt 信號(hào)通路在毒蕈堿信號(hào)通路的必要性

 

小M 的小思考：

毒蕈堿信號(hào)通路是神經(jīng)細(xì)胞膽堿受體的重要信號(hào)通路，Wnt 信號(hào)通路在生物體內(nèi)是高度保守的信號(hào)通路，可以調(diào)節(jié)小腸上皮細(xì)胞的分化等眾多生物學(xué)過程。本篇文章將神經(jīng)細(xì)胞的信號(hào)通路和腸道系統(tǒng)的先天性防御作用聯(lián)系起來，進(jìn)一步揭示了腸腦軸在腸道系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)中交互調(diào)控的復(fù)雜性和重要性。此外，在本篇文章的研究過程中多個(gè)小分子化合物（毒蕈堿信號(hào)通路和 Wnt 信號(hào)通路的激動(dòng)劑、抑制劑）的應(yīng)用也提示我們，抗毒蕈堿的化合物可以作為炎癥疾病的藥物，進(jìn)一步接受臨床試驗(yàn)的檢驗(yàn)。

 

參考文獻(xiàn)

[1] Labed SA，et al., Intestinal Epithelial Wnt Signaling Mediates Acetylcholine-Triggered Host Defense againstInfection.Immunity. 2018 May 15;48(5):963-978.e4.

[2] Styer, K.L.et al., Innate immunity in Caenorhabditis elegansis regulated by neurons expressing NPR-1/GPCR. Science.2008; 322, 460–464.

 

相關(guān)產(chǎn)品

Aldicarb sulfone:

Aldicarb sulfone(Temik sulfone) 是一種氨基甲酸酯類殺蟲劑；是膽堿酯酶抑制劑，防止在突觸乙酰膽堿的分解。

 

Carbamoylcholinechloride:

Carbamoylcholine 氯化物用來研究 nAChR 和 mAchR 的介導(dǎo)的反應(yīng), 包括平滑肌收縮, 腸運(yùn)動(dòng), 與神經(jīng)信號(hào)。Carbamoylcholine 是乙酰膽堿類似物, 激活乙酰膽堿受體 (AChR), Carbamoylcholine 是 nAChR 和 mAchR 受體激動(dòng)劑, 針對(duì)不同的受體, Ki 值為 10 到 10000 nM。
 

JW74：

拮抗 LiCl 誘導(dǎo)的經(jīng)典 Wnt 信號(hào)傳導(dǎo)的激活。

 

PD-168077 maleate：

PD-168077 maleate 是一個(gè)選擇性的多巴胺 D4 受體激動(dòng)劑，其 Ki 值為 9 nM。

 

Centanafadine：

Centanafadine 是去甲腎上腺素 (NE)/多巴胺 (DA) 轉(zhuǎn)運(yùn)的雙抑制劑，還能抑制 5-羥色胺 (serotonin) 轉(zhuǎn)運(yùn)體，其對(duì)人 NE，DA 和 5-羥色胺轉(zhuǎn)運(yùn)體的 IC₅₀ 值分別為 6 nM，38 nM 和 83 nM。