Die neuronalen Bahnen für Erbrechen nach dem Verzehr von infizierten Lebensmitteln

Zusammenfassung: Nach dem Verzehr kontaminierter Lebensmittel aktivieren Toxine die Freisetzung von Serotonin durch die enterochromaffinen Zellen an der Auskleidung des Darmlumens. Das Serotonin bindet an Rezeptoren auf vagalen sensorischen Neuronen im Darm und überträgt Signale entlang des Vagusnervs an Neuronen im dorsalen Vaguskomplex, was ein Würgeverhalten auslöst.

Quelle: Zellpresse

Der Drang zum Erbrechen nach dem Verzehr kontaminierter Lebensmittel ist die natürliche Abwehrreaktion des Körpers, um bakterielle Toxine loszuwerden. Der Prozess, wie unser Gehirn diese biologische Reaktion beim Erkennen der Keime auslöst, bleibt jedoch schwer fassbar.

Zum ersten Mal kartierten die Forscher den detaillierten neuronalen Weg der Abwehrreaktionen vom Darm zum Gehirn bei Mäusen.

Die Studie, vorgestellt am 1. November in der Zeitschrift Zellekönnte Wissenschaftlern helfen, bessere Medikamente gegen Übelkeit für Krebspatienten zu entwickeln, die sich einer Chemotherapie unterziehen.

Viele Lebensmittelbakterien produzieren nach der Aufnahme Toxine im Wirt. Das Gehirn wird, nachdem es ihre Anwesenheit gespürt hat, eine Reihe von biologischen Reaktionen auslösen, einschließlich Erbrechen und Übelkeit, um die Substanzen loszuwerden und eine Abneigung gegen Lebensmittel zu entwickeln, die gleich schmecken oder gleich aussehen.

„Aber Details darüber, wie die Signale vom Darm zum Gehirn übertragen werden, waren unklar, weil die Wissenschaftler den Prozess nicht an Mäusen untersuchen konnten“, sagt Peng Cao, der korrespondierende Autor der Veröffentlichung am National Institute of Biological Sciences in Peking. Nagetiere können sich nicht übergeben, wahrscheinlich wegen ihrer langen Speiseröhre und ihrer im Vergleich zu ihrer Körpergröße schwächeren Muskelkraft.

Infolgedessen haben Wissenschaftler Erbrochenes bei anderen Tieren wie Hunden und Katzen untersucht, aber diese Tiere wurden nicht umfassend untersucht und konnten daher den Mechanismus von Übelkeit und Erbrechen nicht aufdecken.

Cao und sein Team bemerkten, dass Mäuse zwar nicht erbrechen, aber würgen – was bedeutet, dass sie auch den Drang verspüren, sich zu übergeben, ohne sich zu übergeben.

Das Team fand heraus, dass Mäuse nach der Verabreichung von Staphylokokken-Enterotoxin A (SEA), einem häufigen bakteriellen Toxin, das von Staphylococcus aureus produziert wird und auch beim Menschen zu lebensmittelbedingten Krankheiten führt, Episoden ungewöhnlicher Mundöffnung entwickelten.

Mäuse, die SEA erhielten, öffneten ihren Mund in einem größeren Winkel als diejenigen, die in der Kontrollgruppe beobachtet wurden, wo Mäuse Salzwasser erhielten. Darüber hinaus ziehen sich während dieser Episoden das Zwerchfell und die Bauchmuskeln der SEA-behandelten Mäuse gleichzeitig zusammen, ein Muster, das bei Hunden beobachtet wird, wenn sie sich übergeben. Bei normaler Atmung ziehen sich das Zwerchfell und die Bauchmuskeln der Tiere abwechselnd zusammen.

„Der neurale Mechanismus des Würgens ähnelt dem des Erbrechens. In diesem Experiment bauen wir erfolgreich ein Paradigma zur Untersuchung des Toxin-induzierten Würgens bei Mäusen auf, mit dem wir die Abwehrreaktionen des Gehirns auf Toxine auf molekularer und zellulärer Ebene untersuchen können“, sagt Cao.

Bei mit SEA behandelten Mäusen stellte das Team fest, dass das Toxin im Darm die Freisetzung von Serotonin, einer Art Neurotransmitter, durch die enterochromaffinen Zellen an der Auskleidung des Darmlumens aktiviert.

Das freigesetzte Serotonin bindet an die Rezeptoren der vagalen sensorischen Neuronen im Darm, die die Signale entlang der Vagusnerven vom Darm zu einer bestimmten Art von Neuronen im dorsalen Vaguskomplex – Tac1 + DVC-Neuronen – im Hirnstamm weiterleiten.

Als Cao und sein Team die Tac1+DVC-Neuronen inaktivierten, würgten die mit SEA behandelten Mäuse weniger als Mäuse mit normalen Tac1+DVC-Neuronenaktivitäten.

Darüber hinaus untersuchte das Team, ob Chemotherapeutika, die bei Empfängern auch Abwehrreaktionen wie Übelkeit und Erbrechen auslösen, denselben Nervenweg aktivieren.

Sie injizierten Mäusen Doxorubicin, ein gängiges Chemotherapeutikum. Das Medikament ließ Mäuse würgen, aber als das Team ihre Tac1+ DVC-Neuronen oder die Serotoninsynthese ihrer enterochromaffinen Zellen inaktivierte, wurde das Würgeverhalten der Tiere signifikant reduziert.

Cao sagt, dass einige der aktuellen Medikamente gegen Übelkeit für Chemotherapie-Empfänger, wie Granisetron, wirken, indem sie die Serotonin-Rezeptoren blockieren. Die Studie hilft zu erklären, warum das Medikament wirkt.

„Mit dieser Studie können wir jetzt die molekularen und zellulären Mechanismen von Übelkeit und Erbrechen besser verstehen, was uns helfen wird, bessere Medikamente zu entwickeln“, sagt Cao.

Als nächstes wollen Cao und seine Kollegen erforschen, wie Toxine auf enterochromaffine Zellen wirken. Vorläufige Untersuchungen zeigen, dass enterochromaffine Zellen das Vorhandensein von Toxinen nicht direkt wahrnehmen. Der Prozess beinhaltet wahrscheinlich komplexe Immunantworten geschädigter Zellen im Darm.

„Neben Lebensmittelkeimen trifft der Mensch auf viele Krankheitserreger, und unser Körper ist mit ähnlichen Mechanismen ausgestattet, um diese Giftstoffe auszuscheiden.

„Zum Beispiel ist Husten der Versuch unseres Körpers, das Coronavirus zu entfernen. Es ist ein neues und aufregendes Forschungsgebiet darüber, wie das Gehirn die Existenz von Krankheitserregern wahrnimmt und Reaktionen einleitet, um sie loszuwerden“, sagt Cao und fügt hinzu, dass zukünftige Forschung neue und bessere Ziele für Medikamente, einschließlich Medikamente gegen Übelkeit, aufzeigen könnte.

Über diese Neuigkeiten aus der neurowissenschaftlichen Forschung

Autor: Pressebüro
Quelle: Zellpresse
Kontakt: Pressestelle – Cell Press
Bild: Das Bild ist gemeinfrei

Ursprüngliche Forschung: Uneingeschränkter Zugang.
„Die Darm-Hirn-Achse für Toxin-induzierte Abwehrreaktionen“ von Peng Cao et al. Zelle

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Abstrakt

Die Darm-Hirn-Achse für Toxin-induzierte Abwehrreaktionen

Höhepunkte

• Mäuse zeigen Übelkeit und Brechreiz gegenüber bakteriellen Toxinen und Chemotherapeutika
• Identifizierung eines molekular definierten Darm-Hirn-Kreislaufs für Übelkeit und Würgen
• Unterschiedliche Schaltkreise im Hirnstamm treiben Übelkeit und Würgen an
• Toxininduzierte Signale können über eine immunneuroendokrine Achse im Darm vermittelt werden

Zusammenfassung

Nach der Einnahme von toxinkontaminierter Nahrung initiiert das Gehirn eine Reihe von Abwehrreaktionen (z. B. Übelkeit, Würgen und Erbrechen). Wie das Gehirn aufgenommenes Toxin erkennt und verschiedene Abwehrreaktionen koordiniert, ist noch weitgehend unverstanden.

Hier haben wir ein Maus-basiertes Paradigma entwickelt, um Abwehrreaktionen zu untersuchen, die durch bakterielle Toxine induziert werden. Unter Verwendung dieses Paradigmas identifizierten wir eine Reihe molekular definierter Darm-zu-Gehirn- und Gehirnschaltkreise, die gemeinsam toxininduzierte Abwehrreaktionen vermitteln.

Der Darm-zu-Hirn-Kreislauf besteht aus einer Teilmenge von Htr3a+ vagale sensorische Neuronen, die Toxin-bezogene Signale von intestinalen enterochromaffinen Zellen weiterleiten Tac1+ Neuronen im dorsalen Vaguskomplex (DVC).

Tac1+ DVC-Neuronen treiben ein Würgeverhalten und eine konditionierte Geschmacksvermeidung über divergente Projektionen zur rostralen ventralen Atmungsgruppe bzw. zum lateralen parabrachialen Kern an. Die Manipulation dieser Schaltkreise stört auch Abwehrreaktionen, die durch das Chemotherapeutikum Doxorubicin ausgelöst werden.

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Lebensmittelvergiftungen und Chemotherapie ähnliche Schaltkreismodule rekrutieren, um Abwehrreaktionen auszulösen.