Ранее ученые считали, что развитие энтеральной нервной системы (ЭНС) прекращается до рождения. Однако недавние результаты опровергают это, показывая, что развитие ЭНС продолжается после рождения у мышей и людей. Исследователи обнаружили удивительное мезодермальное происхождение значительного числа послеродовых кишечных нейронов. Это открытие имеет огромное значение для понимания процессов созревания, старения и заболеваний ЖКТ. Результаты исследования опубликованы в научном журнале eLife.
Энтеральная нервная система
Мы можем думать о кишечнике как о простом пищеварительном органе, но эти знакомые фразы отражают центральную роль, которую кишечник играет в гораздо более широком диапазоне основных функций.
Весь пищеварительный тракт выстлан энтеральной нервной системой, обширной сетью миллионов нейронов и глиальных клеток — двух основных типов клеток, также обнаруженных в центральной нервной системе.
ЭНС часто называют вторым мозгом, поскольку она продуцирует те же нейротрансмиттеры и развивается задолго до центральной нервной системы.
Функции ЭНС имеют решающее значение для жизни и выходят далеко за рамки пищеварения, поскольку регулируют иммунитет, секрецию кишечника и обеспечивают сложную двунаправленную связь между кишечником и мозгом.
Вот почему “счастливый” кишечник сосуществует со “счастливым” мозгом, и почему проблемы с пищеварением могут привести к изменениям настроения и поведения.
С середины 20 века ученые считали, что ЭНС возникает из нервного гребня до рождения и остается неизменной после. Авторы нового исследования из Медицинского центра Бет Исраэль Диаконисс (BIDMC) представляют совершенно новую парадигму, описывающую путь развития, по которому развитие ЭНС продолжается после рождения у мышей и образцов тканей человека.
Это открытие переворачивает десятилетия научной догмы фундаментальной биологии нейронауки и ЭНС, впервые демонстрируя доказательства неэктодермального и мезодермального происхождения большого количества кишечных нейронов, появившихся после рождения.
Полученные данные показывают значимость этих нейронов для созревания и старения ЭНС в норме и при патологии.
«Эти результаты впервые показывают, что мезодерма является важным источником нейронов во второй по величине нервной системе организма», — комментирует Субхаш Кулкарни (Subhash Kulkarni), научный сотрудник BIDMC и Отделения медицинских наук в Гарвардской медицинской школе (Harvard Medical School). «То, как мы взрослеем и как мы стареем, играет центральную роль в нашем понимании здоровья и болезней среди нашего быстро стареющего населения. Увеличение доли нейронов мезодермального происхождения является естественным следствием созревания и старения; кроме того, можно ожидать, что эта линия будет иметь явную уязвимость к болезням».
Материалы и методы исследования
Используя модели трансгенных мышей, микроскопию с высоким разрешением и генетический анализ, Кулкарни с соавторами проанализировали популяции нейронов ЭНС у взрослых мышей и тканей человека. Используя модели мышей, ученые обнаружили, что, хотя ранние постнатальные клетки ЭНС происходили из ожидаемой линии нервного гребня, этот образец быстро менялся по мере взросления животного.
Результаты научной работы
Ученые зафиксировали появление и постоянное расширение новой популяции кишечных нейронов, происходящих из мезодермы — той же линии, которая дает начало мышечным и сердечным клеткам.
Эта недавно открытая популяция нейронов, происходящих из мезодермы, увеличивалась с возрастом, так что они составляли треть всех кишечных нейронов у мышей-подростков, половину всех кишечных нейронов у взрослых мышей, а затем в конечном итоге превзошли численность исходной популяции кишечных нейронов, происходящих из нервного гребня у стареющих мышей.
Оценивая молекулярную сигнатуру этих нейронов, команда ученых определила новые клеточные маркеры, которые использовались для идентификации этой популяции нейронов мезодермального происхождения в ткани кишечника человека.
Эти маркеры также предоставили фармакологические мишени, которые исследователи использовали не только для управления пропорциями мезодермальных нейронов у мышей-подростков, но и для уменьшения их доминирующих пропорций в кишечнике стареющих мышей, чтобы вылечить возрастное замедление движения кишечника.
Практическая значимость работы
«Теперь мы можем работать над тем, чтобы понять, как эти результаты могут быть переведены на человеческие системы, чтобы обеспечить лечение пожилых пациентов, основная жалоба которых часто включает заболевания желудочно-кишечного тракта», — заключает Кулкарни. «Отказавшись от одной из самых больших догм нейронауки, мы теперь находимся на неизведанной территории и в то же время имеем огромную возможность понять эту скрытую базовую, трансляционную и клиническую биологию нейронов».
«Недавно обнаруженная линия нейронов дает нам потенциальные новые мишени для лекарственных препаратов, которые могут помочь большим группам пациентов».
Авторы другого исследования утверждают, что гормон прогестерон защищает кишечную нервную систему