肠道谷氨酸能中间神经元竟是调控肠道蠕动的 “幕后推手”

为解决谷氨酸能神经元在肠道神经系统（ENS）中的特性、位置及功能问题，斯坦福大学的研究人员开展相关研究，发现其可分为两种亚型且能调控肠道蠕动。该研究对理解 ENS 奥秘意义重大，强烈推荐科研读者阅读。

　　

在人体这个神奇的 “小宇宙” 里，消化系统的运转至关重要。而消化过程的 “幕后功臣” 之一，就是肠道神经系统（ENS，Enteric Nervous System），它如同一个独立的 “小司令部”，在肠道壁内自主运作，指挥着消化的 “交响曲”。通常情况下，肠道的蠕动是由感觉神经元率先 “发现” 肠道内的食物等内容物，然后通过中间神经元将信号传递给运动神经元，从而启动肠道的运动，让食物在肠道内有序地 “旅行”。

在这个复杂的 “指挥系统” 里，有一种叫做谷氨酸（Glutamate）的物质引起了科学家们的浓厚兴趣。谷氨酸就像一个神秘的 “通信兵”，它不仅在肠道神经元中存在，还能通过与各种离子型和代谢型受体结合，影响肠道的运动。而且，它可能还参与了一些肠道疾病，如炎症性肠病（IBD，Inflammatory Bowel Disease）和缺血 / 再灌注损伤的发生发展。

近年来，单细胞 RNA 测序（scRNA-seq，Single-Cell RNA Sequencing）研究发现，根据囊泡谷氨酸转运体 2（VGLUT2，Vesicular Glutamate Transporter 2）的表达，谷氨酸仅存在于 2 - 3 种肠道神经元亚群中。然而，这些神经元亚群的真实身份却如同隐藏在迷雾之中。它们在肠道神经系统电路中的位置不明确，在调节肠道运动方面到底发挥着怎样的作用，也无人知晓。这些未解之谜就像一个个谜题，吸引着科学家们去探索。

为了揭开这些谜团，来自斯坦福大学的研究人员展开了深入的研究。他们的研究成果发表在《Neuron》期刊上，论文题目是 “Enteric glutamatergic interneurons regulate intestinal motility” 。经过一系列的探索，他们发现谷氨酸能神经元就像肠道运动的 “调控大师”，可以分为至少两种不同的亚型，其中一种还是肠道神经系统中从未被发现过的新型神经元。这一发现就像在黑暗中点亮了一盏明灯，为我们理解肠道神经系统的奥秘打开了新的大门。

研究人员为了完成这项研究，使用了多种先进的技术方法。他们运用了交叉遗传学（intersectional genetics），就像是基因世界里的 “解码器”，帮助他们确定特定神经元的基因特征；利用病毒介导的单神经元追踪技术（virally mediated single-neuron tracing），如同给神经元装上了 “追踪器”，可以清晰地看到神经元的形态和连接；借助免疫组织化学（immunohistochemistry，IHC）技术，它就像细胞的 “显微镜”，能够直观地观察到细胞内的各种物质；还运用了光遗传学（optogenetics），如同给神经元装上了 “光开关”，可以精确地控制神经元的活动。通过这些技术的巧妙组合，研究人员一步步深入探索肠道神经元的神秘世界。

下面让我们一起看看他们的研究结果吧。

1. VGLUT2 神经元的神经化学编码暗示其具有兴奋性、非运动性身份：研究人员发现，VGLUT2 在小鼠肠道的多个部位，如十二指肠、空肠、回肠以及近端和远端结肠的肌间神经丛（MP，Myenteric Plexus）中都有不同程度的表达。为了深入了解 VGLUT2 神经元的特性，他们利用免疫组织化学和 RNAscope 技术，就像拿着 “放大镜” 仔细观察这些神经元与其他肠道神经系统标记物的共表达情况。结果发现，VGLUT2 神经元大多是胆碱能的，部分是血清素能的，几乎不与神经元型一氧化氮合酶（nNOS，neuronal Nitric Oxide Synthase）共表达。此外，它与其他标记物的共表达情况在不同肠道部位有所差异。这些结果表明，VGLUT2 神经元很可能是中间神经元，而不是运动神经元，就像找到了它们在肠道神经系统 “军队” 中的初步身份线索。
2. VGLUT2 神经元在结肠中呈现两种不同的形态：为了进一步确认 VGLUT2 神经元的身份，研究人员采用了稀疏标记策略。他们给 VGLUT2 - Cre 小鼠注射低滴度、Cre 依赖的腺相关病毒（AAV，Adeno - Associated Virus）GFP，就像是给神经元涂上了 “荧光漆”，让它们在显微镜下清晰可见。通过这种方法，他们发现 VGLUT2 神经元在结肠中有两种截然不同的形态：一种是纵向下降中间神经元（VGLUT2Long），它的轴突像长长的 “电线”，向肛门方向延伸，最长可达 40 毫米；另一种是环形神经元（VGLUT2Circ），这是一种全新发现的形态，它们的轴突围绕结肠圆周方向投射，就像给结肠戴上了 “戒指”。这两种神经元在形态和分支情况上有明显的差异，为后续研究它们的功能差异提供了重要线索。
3. VGLUT2 神经元沿纤维全长形成突触膨体：为了弄清楚 VGLUT2 神经元在哪里形成突触，研究人员让 VGLUT2 - Cre 神经元表达与突触素融合的 tdTomato，这就好比给突触 “贴上了标签”，使其更容易被观察到。他们发现，VGLUT2Long 神经元在主纤维和分支上都有突触膨体，而 VGLUT2Circ 神经元的突触膨体则主要集中在肌间神经节的 “巢” 中。而且，这些膨体中还含有多种神经递质和神经肽，如脑啡肽和 P 物质，就像一个个装满 “信号弹药” 的小仓库，随时准备与其他神经元进行 “通信” 。
4. 敲除 ENS 中的 VGLUT2 会加快总 GI 运动：以往研究知道外源性谷氨酸能改变肠道肌肉收缩性，但谷氨酸在 ENS 中的必要性却不清楚。由于 VGLUT2 基因敲除小鼠出生后不久就会死亡，研究人员巧妙地将 VGLUT2 - Flx 小鼠与 Penk - Cre 小鼠杂交，得到 PenkCre - VGLUT2 突变体小鼠。结果发现，突变体小鼠的总胃肠道转运时间明显加快，产生的粪便颗粒数量增多且体积变小。进一步研究发现，这种差异不是由食物摄入不同导致的，而且具体的差异来源还不太明确，但这表明谷氨酸能神经元在肠道功能中起着重要作用，就像发现了肠道运动调控的一个重要 “开关”。
5. 光遗传学激活谷氨酸能神经元可刺激结肠运动：研究人员将 VGLUT2 - Cre 与 Cre 依赖的通道视紫红质 2（ChR2，Channelrhodopsin 2）杂交，得到 VGLUT2ChR2 小鼠。通过对离体结肠进行光刺激实验，他们发现刺激 VGLUT2 神经元能使人工粪便颗粒在结肠中快速推进，而刺激 Trpv1 神经元的效果则较弱。这说明 VGLUT2 神经元对结肠运动有很强的调节作用，而且这种作用还受到刺激位置、粪便颗粒位置和肠道电路先前活动状态的影响，就像 VGLUT2 神经元是结肠运动的 “强力引擎”，但它的工作效率会受到多种因素的制约。
6. VGLUT2 神经元与多种不同细胞类型进行信号传递：为了探究 VGLUT2 神经元如何影响结肠运动，研究人员观察了它与其他肠道神经元的联系。他们发现，VGLUT2Long 和 VGLUT2Circ 神经元分别与不同类型的神经元形成突触，而且接触的神经元类型和比例有所不同。这表明 VGLUT2 神经元可以与多种具有不同功能的细胞类型进行 “交流”，从而影响结肠运动，就像它们在肠道神经系统中构建了一个复杂的 “通信网络”。
7. Calb1 和 Prlr 标记结肠中两个不同的 VGLUT2 群体：由于 VGLUT2Long 和 VGLUT2Circ 神经元在形态和功能上存在差异，研究人员试图找到标记它们的单基因。通过分析 scRNA - seq 数据和实验验证，他们发现 Calb1 可以标记 VGLUT2Long 神经元，Prlr 可以标记 VGLUT2Circ 神经元。进一步研究发现，刺激 Calb1 神经元对结肠运动的影响与刺激 VGLUT2ChR2 类似，这表明 Calb1 标记的 VGLUT2Long 神经元在启动结肠推进运动中起着关键作用，就像找到了调节结肠运动的 “关键钥匙” 之一。

综合这些研究结果，研究人员对肠道神经系统中谷氨酸能神经元的形态和功能有了更深入的认识。谷氨酸能神经元作为中间神经元，在调节肠道运动方面发挥着至关重要的作用。它们通过与多种不同的神经元进行直接 “通信”，参与了肠道神经系统的长距离信息传递，而不仅仅是对局部肠道内容物的即时感觉反应。这一发现就像为我们绘制了一幅更精确的肠道神经系统 “地图”，让我们对肠道运动的调控机制有了全新的理解。

然而，目前仍有一些问题有待解决。例如，VGLUT2Circ 神经元的具体功能还不太清楚，谷氨酸在调节肠道运动中的分子机制也有待进一步研究。未来的研究可以针对这些问题深入探索，进一步揭示肠道神经系统的奥秘，为治疗肠道相关疾病提供新的思路和方法。这项研究为我们打开了肠道神经系统研究的新大门，相信在未来，科学家们会在这个领域取得更多令人瞩目的成果，让我们对人体消化系统的奥秘有更全面的认识。