Siitä hetkestä, kun nielet ruokapalan siihen hetkeen, kun se poistuu kehostasi, suolisto työskentelee käsitelläkseen tätä outoa ulkopuolista materiaalia. Se on hajotettava paloiksi pieniksi paloiksi. Sen on erotettava terveelliset ravintoaineet myrkyistä tai taudinaiheuttajista ja imettävä vain hyödyllistä. Ja se tekee kaiken tämän siirtäen osittain prosessoitua ruokaa yhteen suuntaan eri ruoansulatustehtaiden läpi – suun, ruokatorven, mahan, suoliston läpi ja ulos.

"Ruoansulatusta tarvitaan selviytymiseen", sanoi Marissa Scavuzzo, tutkijatohtori Case Western Reserve -yliopistossa Ohiossa. "Teemme sitä joka päivä, mutta myös, jos sitä oikein ajattelee, se kuulostaa hyvin vieraalta ja vieraalta."

Ruoan hajottaminen vaatii koordinaatiota kymmenien solutyyppien ja monien kudosten välillä – lihassoluista ja immuunisoluista vereen ja imusuonisiin. Tätä pyrkimystä johtaa suolen oma hermosoluverkosto, joka tunnetaan nimellä enterohermosto, joka kutoo suolen seinämien läpi ruokatorvesta peräsuoleen. Tämä verkko voi toimia lähes riippumattomasti aivoista; itse asiassa sen monimutkaisuus on ansainnut sille lempinimen "toiset aivot". Ja aivan kuten aivot, ne koostuvat kahden tyyppisistä hermostosoluista: hermosoluista ja gliasoluista.

Gliaa, jota aikoinaan pidettiin pelkkänä liimana, joka täyttää hermosolujen välisen tilan, jätettiin suurelta osin huomiotta aivoissa suuren osan 20-luvulta. On selvää, että neuronit olivat soluja, jotka saivat asiat tapahtumaan: sähköisten ja kemiallisten signaalien avulla ne materialisoivat ajatuksemme, tunteemme ja tekomme. Mutta viime vuosikymmeninä gliat ovat karistaneet identiteettinsä passiivisina palvelijoina. Neurotieteilijät ovat löytäneet yhä enemmän että glia näyttelee fysiologisia rooleja aivoissa ja hermostossa, joka aikoinaan näytti olevan varattu neuroneille.

Samanlainen glialaskenta tapahtuu nyt suolistossa. Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että enteroglialla on erilaisia ​​​​aktiivisia rooleja ruoansulatuksessa, ravinteiden imeytymisessä, verenkierrossa ja immuunivasteissa. Toiset paljastavat suolistossa olevien gliasolujen monimuotoisuuden ja kuinka kukin tyyppi voi hienosäätää järjestelmää aiemmin tuntemattomilla tavoilla. Eräässä tuoreessa tutkimuksessa, jota ei ole vielä vertaisarvioitu, on tunnistettu uusi gliasolujen osajoukko, joka aistii ruoan liikkuessaan ruuansulatuskanavan läpi ja viestii suolistokudokselle supistumaan ja liikuttamaan sitä matkallaan.

Enteric glia "näyttävät istuvan monien eri kudostyyppien ja biologisten prosessien rajapinnassa", sanoi Seyedeh Faranak Fattahi, solumolekyylifarmakologian apulaisprofessori Kalifornian yliopistossa San Franciscossa. Ne "liittävät paljon pisteitä erilaisten fysiologisten roolien välillä".

Ne yhdistetään nyt tiettyihin ruoansulatuskanavan häiriöihin ja kipuoireisiin. Scavuzzo sanoi, että niiden eri roolien ymmärtäminen suolistossa voi olla kriittistä hoitojen kehittämisessä. "Toivottavasti tämä on kuin gliasolujen renessanssin alku suolistossa."

Glia Tee kaikki

Tutkijat ovat tienneet enterogliasta yli vuosisadan, mutta viime aikoihin asti kenelläkään ei ollut työkaluja niiden tutkimiseen. Tutkijat voisivat tutkia hermosoluja poimimalla niiden laukaisemat toimintapotentiaalit. Mutta hermosoluihin verrattuna gliasolut ovat elektrofysiologisesti "tylsää", sanoi Brian Gulbransen, neurotieteen apulaisprofessori Michigan State Universityssä. Lukuun ottamatta muutamia raportteja, jotka viittasivat heidän rooliinsa terveen suolistokudoksen ylläpitämisessä, niitä ei tutkittu ja aliarvostettu.

Se on muuttunut viimeisen vuosikymmenen aikana. Uudet työkalut, joiden avulla tutkijat voivat manipuloida geenien aktiivisuutta gliassa tai visualisoida niitä eri tavoilla, ovat "muuttanut dramaattisesti tapaa, jolla katsomme suolistohermostoa", sanoi. Keith Sharkey, fysiologian ja farmakologian professori Calgaryn yliopistossa. Esimerkiksi kalsiumkuvaus, menetelmä, jonka Gulbransen kehitti ollessaan tutkijatohtori Sharkeyn laboratoriossa, antoi heille mahdollisuuden analysoida gliaaktiivisuutta seuraamalla solujen kalsiumtasoja.

Joidenkin näiden uudempien teknologioiden ansiosta tutkijat tietävät nyt, että suolistoglia on ensimmäisten joukossa reagoijia suolistokudoksen vammoihin tai tulehduksiin. Ne auttavat ylläpitämään suoliston esteitä pitämään myrkkyjä poissa. Ne välittävät suoliston supistuksia, jotka mahdollistavat ruoan virtaamisen ruoansulatuskanavan läpi. Glia säätelee kantasoluja suoliston ulkokerroksessa ja ovat kriittisiä kudosten uusiutumiselle. He keskustelevat mikrobiomin, hermosolujen ja immuunijärjestelmän solujen kanssa, hallitsevat ja koordinoivat toimintojaan.

"Uskomme, että he tekevät kaiken", Gulbransen sanoi. "Mitä enemmän ihmiset saavat tietää heistä, on vähemmän yllättävää, että he tekevät näitä erilaisia ​​rooleja."

He voivat myös liikkua roolien välillä. Niiden on osoitettu muuttavan identiteettiään siirtymällä gliasolutyypistä toiseen laboratorioastioissa – hyödyllinen kyky jatkuvasti muuttuvassa suolistoympäristössä. He ovat "niin dynaamisia, niillä on toiminnallinen kyky tehdä niin monia erilaisia ​​asioita, istuen tässä uskomattoman vaihtelevassa ja monimutkaisessa ympäristössä", Scavuzzo sanoi.

Vaikka jännitys lisääntyy suolistohermoston gliasta, Scavuzzon kaltaisilla tiedemiehillä on vielä selvitettävänä melko peruskysymyksiä - kuten kuinka monta tyyppiä enterogliaa on olemassa.

Varteenotettava voima

Scavuzzo kiehtoi ruoansulatusta lapsuudessa, kun hän näki äitinsä lääketieteellisiä ongelmia synnynnäisen lyhentyneen ruokatorven vuoksi. Scavuzzon katsominen, kuinka hänen äitinsä käy läpi maha-suolikanavan komplikaatioita, pakotti Scavuzzon tutkimaan suolistoaan aikuisiässä löytääkseen hoitoja äitinsä kaltaisille potilaille. "Kasvoin tietäen ja ymmärtäen, että nämä asiat ovat tärkeitä", hän sanoi. "Mitä enemmän tiedämme, sitä paremmin voimme puuttua asiaan."

Vuonna 2019, kun Scavuzzo aloitti tohtorintutkinnon Case Western underissa Paul Tesar, maailmanlaajuinen gliabiologian asiantuntija, hän tiesi haluavansa paljastaa enteroglian monimuotoisuuden. Ainoana tutkijana Tesarin laboratoriossa, joka tutkii suolia eikä aivoja, hän vitsaili usein kollegoidensa kanssa tutkivansa monimutkaisempaa elintä.

Ensimmäisenä vuonna hän kamppaili valtavasti yrittäessään kartoittaa yksittäisiä soluja suolistossa, mikä osoittautui ankaraksi tutkimusympäristöksi. Varsinkin ohutsuolen, pohjukaissuolen, alku, johon hän keskittyi opintonsa, oli erityisen vaikea. Pohjukaissuolen hapan sappi ja ruuansulatusnesteet hajottavat RNA:ta, geneettistä materiaalia, joka piti vihjeitä solujen identiteetistä, mikä teki sen erottamisen lähes mahdottomaksi. Seuraavien vuosien aikana hän kuitenkin kehitti uusia menetelmiä käsitelläkseen herkkää järjestelmää.

Scavuzzo sanoi, että näiden menetelmien ansiosta hän sai "ensimmäisen vilauksen näiden gliasolujen monimuotoisuuteen" kaikissa pohjukaissuolen kudoksissa. Hän kertoi kesäkuussa biorxiv.org-preprint-palvelimella julkaistussa artikkelissa, jota ei ole vielä arvioitu vertaisarvioinnilla, kun hänen tiiminsä löysi kuusi gliasolujen alatyyppiä, mukaan lukien yksi, jota he nimesivät "keskitinsoluiksi".

Hub-solut ekspressoivat geenejä mekanosensoriselle kanavalle nimeltä PIEZO2 - kalvoproteiini, joka pystyy aistimaan voimaa ja jota löytyy tyypillisesti kudoksista, jotka reagoivat fyysiseen kosketukseen. Muut tutkijat äskettäin löydetty PIEZO2 esiintyy joissakin suoliston hermosoluissa; kanava sallii hermosolujen aistia ruokaa suolistossa ja siirtää sitä mukana. Scavuzzo oletti, että gliasolut voivat myös havaita voimaa ja ohjata muita suolistosoluja supistumaan. Hän löysi todisteita siitä, että näitä solmusoluja ei ollut vain pohjukaissuolessa, vaan myös sykkyräsuolessa ja paksusuolessa, mikä viittaa siihen, että ne säätelevät todennäköisesti liikkuvuutta koko ruoansulatuskanavassa.

Hän poisti PIEZO2:n hiirten enteeristen gliakeskittymien soluista, minkä hän uskoi saavan solut menettämään kyvyn aistia voimaa. Hän oli oikeassa: suolen motiliteetti hidastui ja ruoan sisältö kertyi vatsaan. Mutta vaikutus oli hienovarainen, mikä heijastaa sitä tosiasiaa, että myös muut solut osallistuvat fyysisesti osittain sulaneen ruoan siirtämiseen suolen läpi, Scavuzzo sanoi.

On mahdollista, että jokainen mukana oleva solutyyppi voisi säädellä eri tyyppistä supistumista, hän ehdotti - "tai ne voisivat olla vain lisämekanismeja, joita organismit ovat kehittäneet varmistaakseen, että voimme jatkaa ruoansulatusta pysyäksemme hengissä." Ruoansulatuksessa on todennäköisesti monia vikaturvallisia, koska se on niin tärkeä prosessi, hän lisäsi.

Kokeilu tarjosi selkeää näyttöä siitä, että muiden solujen lisäksi "gliasolut voivat aistia myös fyysisiä voimia" tämän mekanosensorisen kanavan kautta. Vassilis Pachnis, Francis Crick Instituten hermoston kehitys- ja homeostaasilaboratorion johtaja. Sitten, kun he ovat havainneet voiman muutoksen, he voivat siirtää hermopiirien toimintaa laukaistakseen lihasten supistuksia. "Se on upea työ", hän sanoi.

Napasolut ovat vain yksi monista glia-alatyypeistä, joilla on toiminnallinen rooli suolistossa. Scavuzzon kuusi uutta alatyyppiä lisättynä niihin kuvattu aikaisemmissa tutkimuksissa, yhdessä paljastavat 14 tunnettua glia-alaryhmää pohjukaissuolen, sykkyräsuolen ja paksusuolen poikki. Tulevina vuosina löydetään todennäköisesti lisää, joista jokaisella on uusia mahdollisuuksia selittää paremmin ruoansulatuksen toimintaa ja antaa tutkijoille mahdollisuuden kehittää hoitoja erilaisiin maha-suolikanavan sairauksiin.

Kipu suolistossa

Ruoansulatuskanavan sairaudet aiheuttavat usein annoksen kipua häiritsevien ruoansulatushäiriöiden lisäksi. Väärän ruoan syöminen tai liian paljon oikeanlaista ruokaa voi aiheuttaa vatsakipua. Näitä suolen tunteita ohjaavat suolistohermosolut, mukaan lukien glia. Koska glian tiedetään nyt säätelevän immuunisolujen toimintaa, niiden epäillään olevan osallisena monissa maha-suolikanavan sairauksissa ja sairauksissa, mikä tekee niistä hyviä mahdollisia hoitokohteita.

Useita vuosia sitten Pachnis ja hänen ryhmänsä havaitsivat, että glia ovat ensimmäisiä solutyyppejä, jotka reagoivat hiiren suolen vammaan tai tulehdukseen, ja että enteeristen gliasolujen peukalointi voi myös aiheuttaa tulehdusvasteen. Pachnis sanoi, että suoliston glia näyttää suorittavan samanlaisia ​​rooleja kuin todelliset immuunisolut, joten niiden toimintahäiriöt voivat johtaa kroonisiin autoimmuunihäiriöihin ja tulehdukselliset suolistosairaudet, kuten haavainen paksusuolitulehdus ja Crohnin tauti. "Gliasoluilla on ehdottomasti rooli eri suoliston sairauksien alkamisessa, patogeneesissä ja etenemisessä", hän sanoi.

Glia on todennäköisesti mukana, koska niillä on keskeinen rooli kommunikoinnissa mikrobiomin, immuunisolujen ja muiden suolistosolujen välillä. Terve glia vahvistaa suoliston epiteelisuojaa, solukerrosta, joka pitää toksiinit ja taudinaiheuttajat poissa ja imee ravinteita. Mutta Crohnin tautia sairastavilla potilailla gliasolut eivät toimi kunnolla, mikä johtaa heikompaan esteeseen ja sopimattomaan immuunivasteeseen.

"Eri glia-alatyypit voivat toimia eri tavalla tai olla toimintahäiriöitä monissa sairauksissa ja häiriöissä, joissa liikkuvuus vaikuttaa", Scavuzzo sanoi. Ne on myös yhdistetty hermotulehdukseen, elinten yliherkkyyteen ja jopa hermosolujen kuolemaan.

Esimerkiksi Gulbransen ja hänen tiiminsä löysivät sen äskettäin glia edistää suolistokipuja erittämällä molekyylejä, jotka herkistävät hermosoluja. Tämä on todennäköisesti adaptiivinen reaktio, jonka tarkoituksena on kiinnittää suolen huomio vahingoittaviin aineisiin niiden hävittämiseksi, Gulbransen sanoi, mikä sivuvaikutuksena aiheuttaa kipua.

Tulokset, julkaistu tänään Tiede signalointi, viittaavat siihen, että gliaan kohdistaminen voisi auttaa lievittämään suoliston tulehduksellisten häiriöiden aiheuttamaa kipua.

Glia itse voi myös stressata geneettisistä ongelmista, altistumisesta mikrobiomin metaboliiteille, huonosta ruokavaliosta tai muista tekijöistä. Fattahi on havainnut, että syystä riippumatta stressaantunut enteraalinen glia vaikuttaa koko kudokseen ja joskus jopa vahingoittaa viereisiä hermosoluja tai värvää immuunisoluja aiheuttaen lisää tulehdusta ja kipua.

Nämä uudet suoliston gliatutkimukset auttavat selittämään monia maha-suolikanavan häiriöitä, joita tutkijoilla on ollut vaikeuksia ymmärtää ja hoitaa, Sharkey sanoi. "Olen todella innoissani nähdessäni, kuinka nämä solut ovat kehittyneet keskeisiksi hahmoiksi suolistoneurobiologiassa vuosien varrella."

On yhä selvempää, että hermosolu ei toimi yksin enteriaalisessa järjestelmässä, hän lisäsi. "Sillä on nämä kauniit glia-kumppanit, joiden ansiosta se voi todella tehdä tehtävänsä tehokkaimmalla ja tuloksellisimmalla tavalla."

Quanta tekee sarjan kyselyjä palvellakseen paremmin yleisöämme. Ota meidän biologian lukijakysely ja pääset mukaan voittamaan ilmaiseksi Quanta kauppatavaraa.