营养物特异性激活肠道神经元：ENS如何辨别不同营养信号

为阐明肠道神经系统（ENS）如何区分不同管腔营养物信号，研究人员通过钙成像技术分析小鼠空肠对葡萄糖、乙酸盐和L-苯丙氨酸的响应。研究发现：（1）不同营养物激活具有特定神经化学特征的肌间神经丛（MP）和黏膜下神经丛（SMP）神经元组合；（2）ENS通过上皮细胞间接感知营养物，主要依赖血清素（5-HT）信号通路；（3）信号沿肠壁径向分层传递：绒毛信号先激活MP，再反馈至SMP。该发现揭示了肠道感知营养的细胞机制，为理解肠道反射调控消化吸收提供新视角。

　　

论文解读

背景：肠道营养感知的未解之谜

当我们享用一顿美餐时，肠道不仅是消化场所，更是一个精密的化学检测中心。肠道神经系统（ENS）作为"第二大脑"，能触发局部反射促进消化吸收。然而，ENS如何分辨管腔内不同的营养物质（如糖类、脂肪酸、氨基酸）？这一关键问题长期悬而未决。传统观点认为，肠道上皮屏障阻碍了营养物直接接触神经元，但营养物却能引发特异性肠道行为：营养餐诱导混合运动促进吸收，而非营养餐则触发推进性收缩。这种精准调控暗示ENS具备解码营养信号的能力，其机制却仍是黑箱。

研究机构与方法创新

比利时鲁汶大学（KU Leuven）的研究团队结合多学科技术破解这一难题。他们首先利用Wnt1-Cre;R26R-LsL-GCaMP3转基因小鼠实现ENS神经元特异性钙成像，在离体空肠标本中实时记录营养物刺激下的神经元活动。关键技术包括：（1）局部营养灌注：通过黏膜定向灌流系统施加高浓度葡萄糖（300 mM）、乙酸盐（100 mM）和L-苯丙氨酸（100 mM）；（2）单绒毛刺激：采用微电极电刺激（20 Hz）或微量注射5-HT/ATP至特定绒毛；（3）双神经丛同步成像：通过旋转盘共聚焦显微镜同步监测MP与SMP响应时序；（4）神经环路解析：结合层间剥离术（peeling）和RNAscope神经亚型鉴定；（5）在体验证：活体小鼠空肠袢营养灌流成像。

核心发现：营养信号的神经密码

1. 营养物激活特异性神经元组合

   • SMP响应特征：黏膜灌注葡萄糖、乙酸盐和L-苯丙氨酸均激活约20%的SMP神经元，其中绝大多数为胆碱能神经元（ChAT⁺），细胞直径无显著差异。

   • MP特异性识别：葡萄糖激活17%的MP神经元，包括calbindin⁺、nNOS⁺及双阴性神经元；而乙酸盐和L-苯丙氨酸仅激活约10%神经元，以calbindin⁺为主。RNAscope证实营养响应神经元高表达神经调节肽U（Nmu），属于典型内在初级传入神经元（IPANs）。

     

2. 上皮细胞是营养信号"翻译官"

   • 间接感知机制：微注射营养物至绒毛或直接刺激剥离的肌间神经丛（LMMP）均未激活神经元，而Villin|GCaMP3小鼠显示上皮细胞对营养物产生强烈Ca²⁺响应。

   • 上皮传感器分布：单细胞测序揭示葡萄糖通过肠上皮细胞SGLT1和味觉受体T1R2/T1R3感知；乙酸盐受体FFAR2和L-苯丙氨酸受体CaSR/T1R1则富集于肠内分泌细胞（EECs）和杯状细胞。

     

3. 5-HT是核心信号传递分子

   • 关键介质验证：绒毛内注射5-HT激活18%的MP神经元（以calbindin⁺为主），5-HT₃受体拮抗剂昂丹司琼可阻断此效应；ATP激活7%神经元，P2X拮抗剂TNP-ATP抑制其作用。

   • 内源性信号通路：黏膜高K⁺刺激的ENS响应被昂丹司琼显著抑制，但不受TNP-ATP影响，证实5-HT-5-HT₃R是主要传递通路。

4. 神经环路的层级处理模式

   • IPANs的直接响应：尼古丁受体拮抗剂六甲铵（Hex）不阻断MP对黏膜高K⁺的初始响应，证实calbindin⁺/CGRP⁺神经元为直接感应的IPANs。

   • 径向信号传递路径：同步成像显示MP响应早于SMP；剥离MP后，单绒毛电刺激对SMP的激活显著减弱，证明信号优先传递至MP，再反馈至SMP。

     

结论与意义：重塑肠道感觉范式

这项研究首次描绘了ENS解码营养信号的完整路径：营养物被上皮细胞"翻译"成神经信号（以5-HT为主），特异性激活MP中Nmu⁺/calbindin⁺的IPANs，进而通过突触传递调控SMP和运动环路。其突破性在于：

1. 神经编码理论：推翻ENS直接感知营养的传统假设，确立上皮-神经元"转导-解码"双模块机制；

2. 空间处理模型：揭示信号沿肠壁径向分层处理（绒毛→MP→SMP），解释MP虽远离管腔却优先响应的进化合理性（