肠胶质细胞S100B通过调控肠道运动神经环路兴奋性与特异性来支配节律性结肠功能

本刊推荐：这项开创性研究揭示肠胶质细胞通过释放S100B蛋白调控肠道中枢模式发生器（CPG）的新机制。研究发现S100B通过钙离子（Ca2+）调控（非RAGE依赖途径）影响胆碱能神经元（ChAT(+)）的节律活动和功能连接性，维持结肠运动复合波（CMC）的正常节律。该发现为胃肠动力障碍疾病提供了新的治疗靶点。

　　

引言

节律性运动行为是许多基本生理过程的基础，如呼吸、咀嚼和吞咽等。这些运动模式由称为中枢模式发生器（CPG）的离散神经网络产生。在肠道中，结肠运动复合波（CMC）被认为是由肠神经系统（ENS）内的CPG控制的。肠胶质细胞是ENS中独特的神经胶质细胞，也是肠道运动神经环路中S100B的唯一细胞来源。来自大脑CPG研究的证据表明，胶质细胞通过涉及S100钙结合蛋白B（S100B）的机制发挥关键作用。

方法

研究使用转基因小鼠模型，包括_Wnt1^{Cre2GCaMP5g-tdTom}小鼠（在肠神经元和胶质细胞中表达钙指示剂）和_ChAT^{CreGCaMP5g-tdTom}小鼠（特异性在胆碱能神经元中表达钙指示剂）。通过器官浴实验记录CMC活动，采用钙成像技术记录肠神经元和胶质细胞的自发活动。使用选择性药物（如arundic acid、pentamidine）和抗体操作S100B的功能，通过ELISA测量S100B释放，免疫组化分析蛋白表达。

结果

肠胶质细胞含有并释放S100B

研究发现S100B特异性表达于肠胶质细胞，而非神经元。肠胶质细胞持续向细胞外空间释放S100B，使用S100B合成抑制剂arundic acid处理后，组织和上清中的S100B水平显著降低。在人类结肠样本中也观察到类似的S100B表达模式，证实了其在物种间的保守性。

S100B控制结肠运动复合波

器官浴实验表明，抑制S100B功能（使用arundic acid、pentamidine或抗S100B抗体）几乎完全 abolished CMC活动，降低收缩幅度和积分，并破坏收缩传播的方向性。这些效应是可逆的，表明S100B对维持CMC行为至关重要。

S100B调控肠神经元和胶质细胞的自发活动

钙成像显示，肠神经元和胶质细胞均表现出自发的Ca²⁺活动。抑制S100B释放或功能显著影响细胞兴奋性：arundic acid处理降低胶质细胞反应幅度（尤其在雌性），却增加神经元反应幅度（雌性）。使用pentamidine或抗S100B抗体处理降低神经元和胶质细胞的反应幅度。这些效应具有性别特异性，雌性样本对S100B操作更为敏感。

S100B对胆碱能神经元活动的调控

特异性研究胆碱能神经元发现，抑制S100B释放增加神经元反应幅度但降低其频率，破坏节律性活动模式。这些效应是可逆的，表明S100B约束和精细化胆碱能神经元的活动，防止异常相关化。

S100B调节功能连接性

通过分析胆碱能神经元的 pairwise 相关性，发现抑制S100B功能减少神经元的聚类数量，增加神经元间的相关性和全局同步化指数，表明S100B防止神经元过度相关化，维持网络的动态多样性。

机制不依赖RAGE信号

使用RAGE拮抗剂FPS-ZM1或抗RAGE抗体不影响CMC活动或神经元兴奋性，免疫组化显示健康结肠肌间丛中RAGE表达稀少，表明S100B效应主要通过Ca²⁺调控机制而非RAGE途径介导。

胶质细胞通讯的作用

阻断连接蛋白43（Cx43）半通道模仿S100B抑制的某些效应，降低细胞反应幅度（尤其在雌性），表明胶质细胞通讯在调节ENS活动中起作用，可能涉及多种胶质传递机制。

讨论

本研究确立肠胶质细胞S100B作为肠道CPG的关键调节因子。S100B通过细胞内外机制调控神经元和胶质细胞兴奋性，特别是约束胆碱能神经元活动，防止其过度相关化，维持适当的节律和功能连接性。这些发现为理解肠道运动控制提供了新视角，并为胃肠动力障碍疾病（如炎症后肠功能障碍）提供了潜在治疗靶点。S100B的调节作用可能涉及多种机制，包括Ca²⁺缓冲、胶质传递和网络调制，类似于其在大脑CPG中的作用。