Tế bào thần kinh cảm nhận đau có thể bảo vệ ruột khỏi bị hư hại

Kết nối ruột-não

Đau đớn là một hồi chuông cảnh báo giữ cho chúng ta an toàn và dạy chúng ta tránh những tình huống có thể làm tổn thương chúng ta. Nhưng liệu cơn đau có thể tự kích hoạt các quá trình sinh học trong cơ thể chúng ta để bảo vệ chúng ta?

Một trong những cơ chế bảo vệ quan trọng nhất của chúng tôi là hàng rào đường ruột. Nó được tạo thành từ các mối nối chặt chẽ nối các tế bào lại với nhau và một lớp chất nhầy do các tế bào cốc tiết ra và là tuyến phòng thủ đầu tiên trong việc bảo vệ nội dung của ruột khỏi tiếp cận các mô bên dưới. Khiếm khuyết trong sản xuất chất nhầy có thể làm suy yếu hàng rào đường ruột và thậm chí dẫn đến các bệnh viêm ruột như viêm đại tràng.

Chúng ta biết rằng ruột và não giao tiếp tốt với nhau - các nhà khoa học đã gọi đây là "trục ruột - não". Các tế bào thần kinh cảm nhận cơn đau được gọi là nociceptors chuyển tiếp tín hiệu đến não và tủy sống để cho chúng ta biết khi nào chúng phát hiện ra các kích thích có hại - ví dụ, khi chúng ta ăn capsaicin (hợp chất cay trong ớt) hoặc trải qua căng cơ học.

Tuy nhiên, các cơ chế báo hiệu giữa các tế bào thần kinh cảm giác và các tế bào khác trong ruột không được hiểu rõ. Chúng ta biết rằng nociceptors báo hiệu cho các tế bào miễn dịch hoặc mạch máu lân cận bằng cách giải phóng peptide liên quan đến gen calcitonin (CGRP), liên kết với một thụ thể làm từ protein được gọi là Ramp1 và Calcrl. Để giải quyết liệu các tế bào thần kinh cảm nhận đau này có thể kích hoạt các quá trình bảo vệ và hoạt động không chỉ như một hồi chuông cảnh báo hay không, các nhà nghiên cứu trong nghiên cứu hiện tại đã điều tra xem liệu nociceptors có thể xuyên âm với các tế bào khác trong ruột để bảo vệ hàng rào đường ruột hay không.

Các đặc tính bảo vệ của cơn đau

Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng nociceptors và tế bào cốc sản xuất chất nhầy được tìm thấy ở gần nhau trong đại tràng, cho phép chúng tương tác với nhau.

Những con chuột được biến đổi gen để thiếu nociceptors tạo ra ít chất nhầy hơn và có sự mất cân bằng trong vi khuẩn đường ruột của chúng được gọi là rối loạn sinh lý. Những con chuột này cũng dễ bị viêm đại tràng, một bệnh viêm ruột.

Để điều tra xem nociceptors ảnh hưởng đến việc sản xuất chất nhầy như thế nào, các nhà nghiên cứu đã kiểm tra các gen được biểu hiện bằng các tế bào cốc sản xuất chất nhầy, phát hiện ra rằng chúng thể hiện mức độ cao của các gen mã hóa cho protein Ramp1 và Calcrl. Do đó, khi nociceptors cảm thấy đau, CGRP được tạo ra để đáp ứng có thể liên kết với các tế bào cốc lân cận, khiến chúng nhanh chóng tăng sản xuất chất nhầy. Điều này duy trì hàng rào đường ruột và giữ cho các vi khuẩn trong ruột khỏe mạnh.

Các thí nghiệm cũng chỉ ra rằng các vi khuẩn tạo nên hệ vi sinh vật đường ruột đã kích hoạt CGRP giải phóng khỏi nociceptors trong điều kiện bình thường, cho thấy những tín hiệu này là chìa khóa để duy trì mức sản xuất chất nhầy cơ bản và bảo vệ hàng rào đường ruột.

"[Chúng tôi đã sử dụng] các phương pháp tiếp cận di truyền phân tử khác nhau để nhắm mục tiêu các sợi đau và tín hiệu của chúng đến các tế bào cốc để xem cách chúng điều chỉnh việc sản xuất chất nhầy ở chuột. Chúng tôi phát hiện ra rằng nếu chúng tôi kích hoạt hóa học các tế bào thần kinh bằng cách sử dụng các phương pháp hóa học, sẽ có sự gia tăng nhanh chóng ngay lập tức chất nhầy. Ngược lại, nếu chúng ta loại bỏ các sợi đau ra khỏi ruột, lượng chất nhầy sẽ giảm", Tiến sĩ Isaac Chiu, phó giáo sư sinh học miễn dịch tại Trường Y Harvard và là tác giả cao cấp của nghiên cứu tóm tắt.

CGRP là nhân tố quan trọng trong cơ chế bảo vệ này. Khi các nhà nghiên cứu bổ sung cho những con chuột thiếu nociceptors với CGRP, chúng tạo ra nhiều chất nhầy hơn trước đây cũng bảo vệ chúng chống lại viêm đại tràng.

Cùng với nhau, điều này cho thấy hệ thống thần kinh bảo vệ chúng ta không chỉ bằng cách khiến chúng ta trải nghiệm những cảm giác khó chịu để thay đổi hành vi, mà còn khởi xướng các cơ chế bảo vệ để bảo vệ trực tiếp đường ruột của chúng ta chống lại viêm.

Thảo luận về ý nghĩa của những phát hiện của nghiên cứu, Chiu giải thích: "Hiện tại có nhiều người thực hiện các phương pháp điều trị ngăn chặn CGRP hoặc tín hiệu của nó đến RAMP1 để ngăn ngừa chứng đau nửa đầu. Người ta đã biết điều này có thể dẫn đến táo bón ở người. Tôi lo lắng rằng điều này cũng có thể gây ra sự thay đổi hệ vi sinh vật đường ruột và tăng nguy cơ mắc bệnh viêm ruột ".

Ông tiếp tục, "Một số bước quan trọng tiếp theo bao gồm xác định xem cùng một trục tế bào tế bào nơ-nơ-ron có liên quan đến các mô phủ chất nhầy khác như phổi hay không và xác định cách các tế bào thần kinh đau thay đổi trong ruột trong các bệnh khác nhau như bệnh viêm ruột, hội chứng ruột kích thích, bệnh celiac và dị ứng thực phẩm."

Dr. Isaac Chiu was speaking to Sarah Whelan, Science Writer for Technology Networks.

Reference: Yang D, Jacobson A, Meerschaert KA, et al. Nociceptor neurons direct goblet cells via a CGRP-RAMP1 axis to drive mucus production and gut barrier protection. Cell. 2022. doi :10.1016/j.cell.2022.09.024

News