Science:肠道菌群调节的CART参与自主调节血糖 肠相关神经元 （ EAN ） 由分布于胃肠道的神经元组成，可监测和响应机械拉伸和肠腔内容物等各种环境刺激。大多数肠腔刺激来源于饮食和共生微生物，可由位于肠上皮的EAN纤维直接感知，或通过邻近的非神经元细胞的信号间接感知。固有EAN （iEAN） 是由神经嵴衍生并组成两个不同的间层，肌间 （或Auerbach） 神经丛和粘膜下 （或Meissner） 神经丛 。iEAN可进行自主活动，主要任务是调节肠道运动和分泌功能。最近的研究显示，肠道微生物群影响EAN和免疫细胞等肠道相关细胞的活动和宿主代谢 。虽然证实了肠道微生物群影响EAN和哺乳动物的关键生理过程，但介导肠道-EAN互作的细胞回路和分子成分有待进一步研究。 近日，来自美国洛克菲勒大学的 Daniel Mucida 和 Paul A. Muller 在 Science 杂志发表文章 Microbiota-modulated CART + enteric neurons autonomously regulate blood glucose ， 发现小鼠iEAN因所在肠段位置不同，其基因表达具有差异，且回肠和结肠神经元比十二指肠神经元对微生物的定植更敏感。 具体来说，回肠和结肠中富含微生物反应性内脏CART + （co-caine- and amphetamine-regulated transcript，由Cartpt基因编码） 神经元亚群，其将轴突投射到椎前神经节，并与肝脏和胰腺进行多突触连接，调节进食和葡萄糖代谢。去除微生物群则导致NLRP6和Caspase 11依赖性CART + 神经元的丢失，损伤葡萄糖调节。即，iEAN亚群或能够独立于中枢神经系统调节血糖水平。 研究人员首先利用HA标记活跃翻译的mRNA并将其测序分析，通过特异性Cre的表达能绘制特定细胞类型中活跃翻译mRNA的图谱。 Snap25 RiboTag 小鼠中HA标记的核糖体主要位于肌间神经丛的神经元中，基因表达主要集中在神经特异性基因和通路。固有EAN （iEAN） 和非固有EAN （eEAN） 具有不同的基因表达谱，iEAN中神经肽信号相关的基因转录本较为丰富，而eEAN的NG/DRG和CG-SMG中参与感觉过程和儿茶酚胺生成的基因转录本较为丰富。从十二指肠、回肠和结肠分离肌间iEAN进行测序，发现不同解剖位置的iEAN相互分离，表达图谱不同。例如神经肽的转录，神经肽Y （Npy） 在十二指肠富集表达，生长抑素 （Sst） 、CART、前脑啡肽 （Penk） 、胃泌素释放肽 （Grp） 等在回肠末端和结肠iEAN富集表达。研究人员进一步利用免疫荧光分析证实了神经肽的蛋白质水平具有区域特异性分隔，并确定了肠内神经元数量的区域差异。

肠道菌群的密度和多样性从近端到远端逐渐增加，是否不同区域的iEAN翻译差异受到菌群的影响？无菌小鼠 （GF） 的十二指肠、回肠和结肠肌间iEAN的转录分析显示，菌群去除导致每个区域的转录发生变化。相比于无特定病原体小鼠 （SPF） ，GF小鼠的十二指肠iEAN没有上调的转录本，而回肠和结肠iEAN分别有750和117个转录本被显著上调，且PCA分析显示GF小鼠的十二指肠、回肠、结肠iEAN和SPF小鼠的十二指肠iEAN聚集在一起，具有相似性。定义出SPF十二指肠iEAN的特征基因，对GF进行分析，发现十二指肠特征基因在回肠，而不是结肠，显著上调。结肠和回肠中，菌群依赖性转录本包括神经-免疫互作相关的神经肽，如 Nmu ；EAN生理功能基因，如 Sst 和 Cartpt （编码蛋白CART） ；肠道外功能基因，如 Agrp 。同时，GF结肠和回肠中SST + 和CART + 神经元数目减少，回补SPF肠道菌群可增加SST + 和CART + 神经元数量及神经纤维的密度；GF小鼠回肠和十二指肠中iEAN的数目显著减少，而结肠维持不变，回补SPF肠道菌群可恢复回肠iEAN数量，而对结肠没有影响。研究人员利用广谱抗生素去除SPF小鼠的肠道菌群，显著降低回肠和结肠的iEAN数量，缺失 Casp11 、缺失 Casp1/11 或神经/神经内分泌特异性缺失 Nlpr6 或 Casp11 均阻止抗生素诱导的iEAN、SST + 或CART + 神经元丢失。 下一步，研究人员对肠道菌群调节的iEAN在肠道生理中的作用进行探索。CART + 神经元在回肠和结肠中富集，受菌群的双向调节，且肠内分泌细胞 （EEC） 不表达；AGRP + 神经元在结肠中特别丰富，GF小鼠中减少；NPY+神经元在十二指肠富集，不受菌群的影响，所以选定这3种神经元作为研究对象。利用局部注射腺病毒的方法标记肌间神经丛中的CART + 和NPY + 神经元，CART + 和NPY + 神经元显示出对环状和纵向平滑肌的神经支配，CART + 神经元显示出密集的神经节间模式。且CART + 小鼠的CG-SMG有相当多的神经纤维被标记，即一些CART + 神经元是内脏性的。利用C21-DREADD系统特异性激活CART + 神经元导致小鼠的进食量显著下降，而激活NPY + 、AGRP+无此效果；激活CART + 神经元可显著升高血糖含量，而抑制CART + 神经元则不改变血糖水平。同时，C21刺激30min和90min时，胰岛素水平显著降低，而胰高血糖素没有明显改变，说明刺激回肠和结肠CART + iEAN导致血糖增加、胰岛素降低，随后导致进食减少。进一步研究显示，CART + 神经元调控血糖依赖于其内脏性神经元特性和肠道菌群。 肠道菌群的清除 （GF或抗生素处理的SPF） 导致小鼠血糖降低，而SPF来源的肠道菌群定植可恢复其禁食后血糖水平。菌群清除介导的血糖调节与iEAN缺失有关，敲除 Casp1/11、Casp11 或iEAN特异性敲除 Nlrp6、Casp11 可阻止抗生素诱导的CART + 神经元缺失，从而导致抗生素处理小鼠的血糖较野生型高。iEAN调节血糖不依赖于胰腺分泌胰岛素或肠道释放GLP-1，iEAN依赖于肠道菌群和炎症小体调节肝脏糖异生过程。特异性清除CART + 神经元，导致禁食小鼠血糖显著降低、胰岛素显著升高，糖异生功能降低。即丢失CART + 内脏性iEAN导致血糖水平降低，这或与缺乏胰腺和肝脏特异性交感神经调节所致。 总的来说， 研究揭示了肠道CART + 神经元是葡萄糖调节器官调节血糖的充分必要条件，且其受到肠道菌群的调控，为理解肠道菌群在组织生理、代谢和免疫、神经系统功能中的作用提供新的视角。