肠道菌群失调通过上皮-神经元信号传导影响肠道敏感性：基于结肠类器官模型的新见解与内脏疼痛治疗突破

这篇研究通过创新性构建小鼠结肠类器官与背根神经节（DRG）神经元共培养模型，首次揭示了菌群失调条件下肠道上皮细胞通过分泌蛋白酶、细胞因子（如IL-1α、TGF-β1）、神经营养因子（BDNF）及表皮生长因子受体（EGFR）配体等信号分子，协同微生物代谢产物（短链脂肪酸SCFAs）调控感觉神经元兴奋性的机制。研究证实DSS诱导的炎症后菌群失调粪便上清（FSDSS）可诱发受体小鼠内脏超敏反应，并通过转录组学发现上皮细胞线粒体功能受损（氧化磷酸化通路下调）与异常自分泌/旁分泌信号（Wnt/TGF-β通路激活）的关键作用，为靶向上皮-神经元互作（如PAR2/TRPV1/CGRP通路）治疗肠易激综合征（IBS）和炎症性肠病（IBD）相关慢性疼痛提供了新靶点。

　　

3. 研究结果

3.1 DSS处理小鼠的粪便上清诱发内脏超敏

将健康（FS^CTR）和DSS处理小鼠（FS^DSS）的无菌粪便上清注入受体小鼠结肠后，FS^DSS组在1小时即出现对结直肠扩张（CRD）的腹部撤回反射（AWR）增强，持续至末次注射后7天。内脏运动反应（VMR）检测进一步验证了FS^DSS的致痛效应。

3.2 粪便上清损害结肠类器官生长

FS^DSS处理使结肠类器官面积缩小且结构简化，但未影响存活率。免疫荧光证实类器官包含干细胞（LGR5⁺）、杯状细胞（Muc2⁺）等关键上皮亚群。

3.3 上皮与微生物产物协同激活神经元

DRG神经元在FS^DSS与FS^DSS处理类器官条件培养基（CM^{FS DSS}）联合刺激下，动作电位发放频率显著增加，c-Fos和CGRP表达上调。亚群分析显示所有感觉神经元（包括IB4⁺/CGRP⁺的Aδ纤维）均被激活。

3.4 转录组揭示上皮代谢重编程

RNA测序发现FS^DSS组类器官中：

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  能量代谢障碍：线粒体电子传递链（如ATP合成酶亚基）基因普遍下调

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  蛋白酶失衡：组织蛋白酶（Ctsl/Ctse）和钙蛋白酶（Capn2/5）上调，丝氨酸蛋白酶抑制剂（Serpinb2/8）代偿性增加

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  信号分子异常：IL-1α（4.5倍）、BDNF（2倍）、EGFR配体（如HB-EGF）显著上调，而GnRH下调

3.5 代谢组学特征

FS^DSS中丁酸/丙酸等SCFAs减少，乳酸/甲酸增加；类器官条件培养基中腺嘌呤/次黄嘌呤水平升高，提示嘌呤代谢异常可能参与上皮-神经元对话。

4. 讨论与意义

该研究突破性地证明：

1. 1.

   微生物-上皮-神经元轴：菌群失调通过改变上皮细胞分泌组（如蛋白酶/BDNF）和代谢物（SCFAs），而非直接作用于神经元，驱动内脏超敏

2. 2.

   治疗新策略：靶向ADAM10介导的EGFR配体释放、或补充丁酸改善上皮能量代谢，可能阻断疼痛信号传导

3. 3.

   转化价值：类器官-DRG共培养模型为个性化药物筛选（如抗IL-1α抗体）提供了标准化平台

研究局限性包括尚未解析特定微生物物种与上皮因子的因果关系，未来需结合类器官-神经元微流控芯片等新技术深化机制研究。