腸が脳に信号を送る仕組み

最初の研究では、科学者たちは脳にさまざまな信号を送ることに特化した5種類の結腸ニューロンを定義した

ハーバード大学医学部

画像: 蛍光色素で標識されたさまざまな種類の感覚ニューロンを示す結腸壁の画像。 結腸から脳（緑色）に信号を送るニューロンは、ストレッチや痛みに反応して活性化され、異なる種類のニューロンが異なる強度の刺激に反応します。もっと見る

クレジット: レイチェル・ウルフソン

概要:

腸と脳の接続は複雑な双方向のシグナル伝達カスケードであり、消化器系の正常な機能を維持する役割を担っており、それが崩れると問題を引き起こす可能性があります。 その軸の重要な部分は結腸で、食物から水分と栄養素を抽出し、老廃物を体外に運びます。 この重要な臓器は、便秘、下痢、痛み、炎症などのさまざまな胃腸の状態に関係しています。

今回、ハーバード大学医学部の研究者らは、脳に信号を伝える結腸内の感覚ニューロンの 5 つの異なるサブタイプを初めて定義しました。

マウスを用いて実施され、Cell誌に8月3日に掲載された新しい研究で、研究者らは、一部のニューロンは結腸を通って移動する物質などの穏やかな力を感知することに特化している一方、他のニューロンは痛みなどのより強い力を感知していることを発見した。

研究者らは、この発見が人間で確認されれば、結腸脳の感知システムが故障したときに生じる症状を治療するためのより効果的な治療法を開発するのに役立つ可能性があると述べている。

「患者は消化器系の感覚や痛みを訴えることが多いが、腸を支配し、さまざまな刺激に反応できるようにする感覚ニューロンについてはよくわかっていない」と筆頭著者で神経生物学研究員のレイチェル・ウルフソン氏は述べた。 HMS の医師であり、マサチューセッツ総合病院の消化器科フェローでもあります。

皮膚から大腸まで

デビッド・ギンティと彼の研究室の科学者たちは、皮膚の感覚ニューロンがどのように脳と通信して私たちの触覚を形成するかを長年研究してきました。 彼らは、感覚ニューロンのサブタイプをラベル付けする正確な遺伝ツールを開発し、これらのツールを使用して皮膚感知ニューロンの構造、組織、機能に関する基本情報を明らかにしました。

しかし、接触ニューロンに関する科学的知識が増えているにもかかわらず、胃腸系を含む体の他の部分のニューロンの理解に焦点を当てた研究はほとんどありません。

「皮膚に行くニューロンについては多くのことを学んできましたが、結腸などの他の器官に投射するニューロンの特性については、まだほとんど理解されていません」と、神経生物学のエドワード・R・レフラーとアン・G・レフラー教授のギンティ氏は言う。 HMS ブラヴァトニク研究所の研究員であり、新しい論文の上級著者。

この十分に研究されていない領域に取り組むために、ギンティ氏は神経生物学者で消化器系の臨床専門家であるウルフソン氏とチームを組みました。

Wolfson 氏は、Ginty 研究室で開発された遺伝子標識マウス モデルを結腸のニューロンの研究に再利用しました。 彼女は、皮膚の感覚ニューロンの 5 つのサブタイプが結腸にも存在することを発見しました。 しかし、結腸ニューロンと接触ニューロンは異なる形状をしており、結腸ニューロンのサブタイプも形状が互いに異なります。

「形状が機能の根底にあることはわかっているので、結腸ニューロンが互いに異なって見えるという事実から、それらは異なる機能を持っていると考えるようになりました」とウォルフソン氏は語った。

機能を調査するために、ウォルフソン氏は自然に起こる拡張を模倣してバルーンで結腸を引き伸ばし、異なる種類のニューロンの活動を記録しました。

2 つのタイプは、消化された食物や便が結腸を通過するときに起こる可能性のあるわずかな伸びに似た穏やかな力に反応しました。 他の 2 つのタイプは、より極端なストレッチなどの激しい力に反応しました。 ウォルフソン博士がこれらの強力なニューロンを人工的に活性化すると、マウスはあたかも痛みを感じているかのように行動した。 彼女が力の閾値が最も高いニューロンを除去すると、痛みの反応が減少しました。 マウスに炎症を引き起こすと、痛みを感知するニューロンのサブタイプの 1 つがさらに反応性が高くなりました。