《Science》帶你探查人體的「第二大腦」

腸道易激綜合征是消化系常見病，病情複雜，遷延難愈。在美國，多達10％的人群被典型腸易激綜合征癥狀困擾，但絕大多數人並沒有因此去看醫生。在有些病例中，癥狀較輕微；而在另外一些病例中，腸易激綜合征幾乎主宰了患者生活的全部。腸易激綜合征患者要為所用藥品及向醫生或輔助治療師諮詢，花費大量的金錢。

腸道壁柱狀神經細胞

很多醫生對腸易激綜合征知之甚微，更有甚者將癥狀歸結於患者的臆想。大量患者飽受腸易激綜合征之苦，然而，治療措施經常無效或是差強人意，並不能完全消除腸易激綜合征對患者的影響。

腸道內富含大量的神經元（5億，相當於脊髓內所有神經元的總和），又因其極為複雜的協調性被稱為人類的「第二大腦」，這張密集的神經網路對腸道健康的維持非常重要。《Nature》報道指出：通過口服抗體，能有效預防腸道疾病

這張由5億個神經細胞和許許多多支持細胞組成的腸道神經網路究竟是怎麼形成的？多家科學研究機構共同解答了這個問題。

「儘管腸壁許多類型的神經細胞看似隨機分布，」本文項目組長，Francis Crick研究所的Vassilis Pachnis說。「但是卻井井有條地控制著胃酸的產生、食物的運動、細菌和免疫細胞之間的信息傳播，並將腸道的豐富信息傳遞給大腦。我們想知道這團看似混亂的系統是如何形成，乃至組織活動的。」

祖細胞（progenitor cell）是具有明確分化目標的幹細胞，負責組織發育和再生。研究小組使用遺傳工具，將腸道神經系統的單個祖細胞標記上某一獨特的顏色，當胚胎長成成體動物後，這個祖細胞的子代細胞都具有相同的顏色。通過檢查成年動物體內同一顏色的細胞類型，便可以了解這些細胞的起源。

通過這種手段，科學家們發現一些祖細胞只產生神經元細胞，另外一些只產生神經膠質細胞，還有一些既可以產生神經元細胞也可以產生神經膠質細胞。來自同一親本的神經元和神經膠質細胞彼此緊密相連，形成相對緻密的細胞群。來自不同但彼此相鄰的親本祖細胞的子代細胞們「維恩圖」式的排佈於腸道表面，不僅如此還穿透了所有腸壁層，形成了細胞搭接柱。

維恩圖

腸神經細胞維恩圖

「我們觀察到，人體的『第二大腦』所控制的不僅是單層腸道壁，而是整個腸道的3維空間。」本文第一作者Vassilis實驗室的Reena Lasrado說。

研究小組用微小的電流刺激腸神經系統，進一步探討了這種複雜的空間排布是否有助於腸道神經細胞的活性，實驗結果顯示，源自同一個祖細胞的後代細胞所產生的電反射具有同步性。Vassilis說，這表明哺乳動物的腸道神經系統的發育關係到成體的腸道功能調節。

下一步，研究人員將關注胚胎髮育和早期發育階段的腸道神經網路的構建過程，查看細胞們何時何地出錯時會引起某些常見的腸道紊亂，從而找到相關的治療辦法。

原文標題

Lineage-dependent spatial and functional organization of the mammalian enteric nervous system

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