背景
神经机制调节胃肠道 (GI)的关键功能，包括运动性，这是分解摄入的食物，吸收其成分和消除废物所必需的。吞咽后，食物有序地通过专门的隔室，每个隔室都有不同的功能。因此，肠道内容物的推进受到严格的调控。在整个胃肠道中，机械混合是提高食糜分解效率和保持摄入内容物移动的关键过程。定义明确的传出运动程序通过刻板运动 (例如蠕动、分割和“迁移运动复合物”)介导肠道运动，这些运动由对化学和机械刺激做出反应的复杂神经输入启动和控制。然而，我们对协调和启动胃肠道运动的分子机制知之甚少，包括肠道内机械感受器的分子识别，以及调节胃肠道运动的关键感觉神经元。
简介
2023年8月3日，来自美国霍华德休斯医学研究所的M. Rocio Servin-Vences及其团队在Cell (IF: 64.5)杂志上发表名为PIEZO2 in somatosensory neurons controls gastrointestinal transit的研究[1]。
研究亮点
1、PIEZO2综合征患者存在肠道感觉受损和胃肠道功能障碍。
2、DRG神经元Piezo2在调节肠动力中起重要作用。
3、感觉神经元缺乏Piezo2可加速胃排空和肠道转运。
4、DRG神经元通过Piezo2检测结肠扩张。
主要结果
体感觉神经元中的Piezo2是小鼠胃肠转运所必需的
Piezo2在影响胃肠道运动的细胞中表达，包括支配肠道的脊髓和迷走神经源性外源性神经元，以及小肠和结肠的肠嗜铬细胞。我们采用了一种靶向的方法，利用基因和病毒方法来确定piezo2依赖性机械转导蛋白在肠道转运中的特殊作用。我们使用Phox2bCre和Vil1Cre驱动基因分别靶向结节神经元和肠上皮细胞，以及Hoxb8Cre序列靶向尾侧DRGs和肠上皮细胞，最后我们鞘内注射了AAV-PHP. s病毒以驱动Cre重组酶在DRGs神经元中的表达。
既往研究已经证明了淋巴结神经支配在胃肠道功能中的重要性。为了研究迷走神经感觉神经元是否可以控制Piezo2SNS小鼠的胃肠道快速转运，我们使用了Phox2bCre驱动线。由于Phox2b转录物在肠神经元中被广泛检测到，我们将Ai9fl/fl报告小鼠与Phox2bCre驱动基因进行交叉，以验证在ENS中的重组。我们观察到在肠道中的稀疏标记，表明Phox2bCre驱动基因主要靶向结节神经节。为了评估迷走神经支配在胃肠道转运时间，排空频率和粪便含水量中的作用，我们通过将Phox2bCre驱动基因与Piezo2fl/fl小鼠杂交，从结节神经元中删除Piezo2。令人惊讶的是，我们发现Phox2bCre+/-;Piezo2fl/fl (Piezo2Phox2b)小鼠在转运时间和排便频率上与它们的WT同窝对照(Phox2bCre-/-;Piezo2fl/fl, Piezo2WT)相比没有任何差异 (图3A)。与此一致的是，Piezo2Phox2b小鼠的粪便含水量、干重和新鲜粪便尺寸与Piezo2WT同窝小鼠相似。这表明在迷走神经感觉神经元中丢失Piezo2不足以导致在Piezo2SNS模型中观察到的胃肠道转运加速。
图3. DRG神经元中的Piezo2是小鼠胃肠道转运所必需的
神经元Piezo2介导小鼠胃排空、肠转运和结肠转运
我们的胃肠道转运实验和既往的研究提供了肠道内容物从胃到排泄点所需时间的信息，但缺乏关于整个肠道中间区域转运的细节。为了研究表达Piezo2的体感神经元是否调节整个胃肠道或离散区域的运动，我们对胃排空、肠转运和结肠转运进行了功能性评估。我们回到SNSCre;Piezo2小鼠进行这些实验，以一致一致地访问大部分表达Piezo2的DRG神经元。为了探索Piezo2在胃排空中的功能，我们用不可吸收的近红外荧光染料对Piezo2SNS和WT同窝幼鼠进行了灌胃(图4A)。在灌胃后的不同时间点对小鼠实施安乐死，并收集胃肠道，使用IVIS-Lumina S5系统进行成像，以确定染料聚集的地方。为了测量胃排空，我们将来自胃的荧光强度与其他小肠和大肠的荧光强度进行比较，并表示为占总信号的百分比。我们一致观察到，与Piezo2WT对照组相比，Piezo2SNS小鼠在灌胃后30分钟和45分钟的胃排空更快 (图4B)。这表明感觉神经元中的Piezo2调节胃排空的速率。
图4. 神经元Piezo2介导小鼠胃排空、肠道和结肠转运
表达Piezo2的DRG神经元检测结肠扩张
在人类中，排便与跨越整个结肠的高幅度传播性收缩相关，但在没有这种活动的情况下，通过腹壁自愿收缩和盆底肌肉收缩，粪便排出也可发生类似情况。此外，由于粪便内容物的到来，直肠在排便前扩张。然而，Piezo2缺陷的个体由于缺乏肠道感觉而对排便行为的感知不同。然而，目前尚不清楚检测直肠胀气的困难是否会影响整个排便过程。为了检测小鼠对直肠扩张的反应，我们将玻璃珠引入Piezo2SNS和Piezo2WT小鼠中，并量化排出时间 (图6A)。值得注意的是，Piezo2SNS和Piezo2WT小鼠的结肠内容物在大小和含水量上存在差异。新鲜Piezo2SNS粪便的平均宽度为2.17 mm (±0.34，标准差)，显著小于Piezo2WT粪便的平均宽度：2.90 mm (±0.41，标准差) (图2F)。鉴于这些差异，我们测试了一系列的珠子尺寸。当使用1 mm和2 mm磁珠时，我们没有观察到Piezo2SNS和Piezo2WT同窝小鼠的排出时间有任何显著差异 (图6B和6C)。然而，当我们使用更大的3mm磁珠时，Piezo2SNS小鼠的磁珠排出时间与Piezo2WT小鼠相比有小幅但显著的增加 (图6D)。到目前为止，我们的研究结果表明Piezo2阳性的DRG纤维存在于整个胃肠道，并且Piezo2缺陷的小鼠在所有研究的肠道区域的运动性都受到影响。
图6. 表达piezo2的DRG神经元检测结肠扩张
结论及展望
胃肠道处于不断运动的状态。这些运动受到食物的严格控制，并通过机械地分解和推进肠道内容物来帮助消化。肠内的机械感知被认为是调节运动所必需的；然而，这种感觉的神经元群体、参与的分子和功能后果尚不清楚。在这里，我们发现缺乏PIEZO2的人表现出肠道感觉和动力受损。在小鼠背根神经节 (而非结节神经节)中Piezo2是感知肠道内容物所必需的，这种活性降低了食物在胃、小肠和结肠中的转运速率。的确，Piezo2可以直接在体内检测结肠扩张。我们的研究揭示了调节肠道内内容物转运的机械感觉机制，这是确保正确消化、营养吸收和废物清除的关键过程。
原文链接
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867423007390?via%3Dihub
参考文献
1.Servin-Vences M Rocio,Lam Ruby M,Koolen Alize et al. PIEZO2 in somatosensory neurons controls gastrointestinal transit.[J] .Cell, 2023, 186: 3386-3399.e15.
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