肠道神经元在炎症中的神秘 “变身”：开启胃肠道疾病治疗新大门

肠道神经元在炎症中会有保守反应，IFN 信号通路调节铁死亡等，为治疗胃肠道疾病提供新思路。

　　### 肠道神经元与炎症的 “千丝万缕”：探索未知的神经免疫世界
在人体这个复杂的 “小宇宙” 里，神经系统和免疫系统就像两个紧密协作的 “超级英雄团队”，时刻守护着身体的稳定与健康。它们不断监测着身体的内环境稳态，一旦遇到外界的挑战，便会迅速做出反应。而胃肠道（GI）作为人体重要的消化器官，其表面的黏膜屏障更是神经和免疫两大系统频繁 “交流” 的关键场所。然而，长期以来，这两大系统在胃肠道黏膜屏障处究竟是如何 “沟通”、协调反应的，一直是科学界的未解之谜。

胃肠道拥有一套属于自己的 “小神经系统”—— 肠神经系统（ENS），它可是中枢神经系统（CNS）之外神经元最为集中的地方。ENS 就像一个 “独立王国”，能在很大程度上自主调节肠道的运动和液体分泌，对肠道的正常运作起着至关重要的作用。不仅如此，肠道还受外在神经元的支配，这些外在神经元负责在肠道和中枢神经系统之间传递信息，使肠道与大脑之间保持着密切的联系。

在肠道的健康 “保卫战” 中，肠神经元的角色不容小觑。在正常状态和炎症发生时，它们都积极参与调节免疫反应，是肠道免疫调节的重要 “参与者”。不过，炎症也会对神经系统产生影响，炎症信号可以通过细胞因子受体直接作用于神经元，改变神经元的结构和功能。在现实生活中，肠道炎症后，很多人会出现持续性的胃肠道症状，像腹痛、肠易激综合征（IBS）等，全球约 40% 的人口都受到这些症状的困扰。这背后的 “元凶” 可能就是神经元回路发生了变化，甚至有研究发现，肠道感染后肠神经元会出现细胞死亡的情况，其中一种特殊的细胞死亡方式 —— 铁死亡（ferroptosis），在中枢神经系统的某些疾病中已被发现，但它对肠神经系统的影响还鲜为人知。

尽管之前有不少研究对肠神经系统在稳态下的转录组进行了分析，但炎症刺激下神经元的分子信号通路仍有待探索。在这项研究中，科研人员就像一群勇敢的 “探险家”，深入到这个神秘的领域，试图绘制出肠道内在和外在神经元在炎症后的 RNA 测序图谱，揭开其中的奥秘。

基因表达的 “密码”：神经元的 “身份标签” 与炎症反应

为了深入了解神经元，科研人员首先要解决的问题是如何在稳态和炎症状态下分离纯化神经元细胞核。他们巧妙地利用了一种名为 “特定细胞类型核标记分离”（INTACT）的小鼠系统，就像给神经元细胞核贴上了一个特殊的 “荧光标签”。通过将 INTACT 小鼠与 Snap25^Cre/+小鼠杂交，使得神经元细胞核能够表达绿色荧光蛋白（GFP），然后利用荧光激活细胞分选技术（FACS），成功地将神经元细胞核的纯度提高到了约 98%。

接下来，科研人员对分离得到的神经元细胞核进行了批量 RNA 测序。他们发现，神经元的基因表达谱就像每个人独特的 “指纹” 一样，主要由其解剖位置和功能决定。不同部位的神经元，如小肠和结肠的肌间神经丛、背根神经节（DRG）、肠系膜上神经节（SMG）和迷走神经节（VG），都有着各自独特的转录特征。比如，感觉神经元（DRG 和 VG）之间在转录上关系密切，SMG 则具有混合的感觉和效应转录谱，这暗示着它在信号感知和传递中有着双重作用。

当研究人员将正常状态下的神经元基因表达谱与炎症模型（包括 DSS 诱导的结肠炎、巴西日圆线虫感染和肝螺杆菌诱导的结肠炎）下的进行对比时，他们发现，尽管炎症类型不同，但神经元的转录特征仍然主要受解剖位置的影响，这表明肠道神经元在炎症过程中可能存在一种保守的反应机制。

在进一步探索肌间神经元对炎症的反应时，科研人员发现，不同的炎症模型和肠道位置下，肌间神经元都出现了相似的分子变化。通过对基因本体生物学过程（GO:BP）数据集的分析，他们发现炎症激活了一系列与免疫相关的通路，如 “检测化学刺激”“防御细菌反应”“淋巴细胞介导的免疫” 等，这表明神经元在炎症过程中直接参与了免疫反应的感知和协调。与此同时，一些与神经元结构发育相关的通路，如 “轴突发生”“树突发育” 和 “突触信号释放” 等则被下调，这意味着炎症可能会对肌间神经丛的结构造成损害。

此外，科研人员还发现，炎症会导致肌间神经元的代谢发生变化，从以葡萄糖为主要能量来源转向利用脂质。但这种代谢转变伴随着炎症脂质介质的产生和脂质过氧化，同时凋亡相关基因的表达下降。在这个过程中，一些与分子感知相关的通路被上调，包括嗅觉受体、瞬时受体电位（TRP）通道以及多种细胞因子受体等，它们在神经元感知炎症信号中发挥着重要作用。

外在神经元的 “炎症警报”：DRGs 和 SMG 的独特反应

除了肠道内的神经元，胃肠道的外在神经元在炎症反应中也扮演着重要角色。

背根神经节（DRGs）中的神经元就像一个个敏锐的 “哨兵”，它们通过分叉的轴突感知肠道内的各种刺激，包括炎症信号。科研人员对 DRGs 在稳态和炎症状态下进行了 RNA 测序，重点分析了巴西日圆线虫感染后的转录变化。他们发现，感染激活了一系列与免疫反应调节、炎症介质产生和脂质代谢相关的通路，这与之前在肌间神经元中观察到的结果相呼应。同时，多种细胞因子、趋化因子、Toll 样受体和 NOD 样受体的表达发生了变化，表明 DRGs 能够敏锐地感知免疫信号，并在神经免疫相互作用和疼痛感知中发挥重要作用。

通过对 DRGs 进行单细胞测序，科研人员进一步发现了不同类型的神经元亚群，包括神经丝蛋白（NF）、肽能（PEP）和非肽能（NP）神经元。在感染后，还出现了一个新的神经元簇，这个簇的神经元具有高代谢活性和应激相关基因表达，这表明感染可能给神经元带来了压力。而且，在所有的 DRG 神经元亚型中，都发现了 “免疫反应激活” 的通路，这说明不同类型的 DRG 神经元都能对炎症做出反应。

肠系膜上神经节（SMG）作为交感神经系统的节后神经元，在炎症反应中也表现出了独特的变化。科研人员对 SMG 和迷走神经节（VG）在稳态和炎症状态下进行了 RNA 测序和分析，发现炎症时 SMG 的基因表达变化比 VG 更为显著，这表明交感神经系统在炎症条件下的反应更为强烈。

在 SMG 神经元中，免疫反应通路、感觉信号通路、炎症介质产生和脂质代谢通路等都被显著上调。通过单细胞测序，科研人员还发现 SMG 由多种神经元群体组成，这些群体具有不同的功能，包括感觉和效应功能。而在 VG 中，虽然也有类似的通路变化，但免疫激活的程度相对较低。这一系列结果表明，不同的外在神经元在炎症反应中具有不同的特点和功能，它们共同构成了胃肠道对外在炎症刺激的复杂反应网络。

共同通路的 “拼图”：脂质代谢与铁死亡的关联

在探索不同组织和炎症模型中神经元的反应时，科研人员发现了一些共同的通路。他们通过对基因集的分析，确定了 12 个蛋白质簇，这些簇中的基因在不同的组织 - 疾病组合中表现出多样的调控模式。其中，与脂质代谢相关的通路，如亚油酸、花生四烯酸和类二十烷酸的代谢，以及铁离子结合等，在多个神经元组织和炎症模型中都受到了共同调控。

亚油酸是花生四烯酸的前体，而花生四烯酸又参与了白三烯的合成，这些脂质代谢过程与炎症反应密切相关。同时，铁离子的代谢异常可能会促进活性氧物种的产生，进而影响神经元的健康。这些发现表明，脂质代谢可能在神经元中为白三烯介质的合成提供 “原料”，而铁代谢的失调则可能成为神经元损伤的 “导火索”。

进一步研究发现，这些共同通路的变化与铁死亡密切相关。在炎症过程中，肠道神经元表现出铁死亡的特征。铁死亡是一种由铁依赖的脂质过氧化引起的非凋亡性细胞死亡方式，在之前的研究中主要与上皮细胞相关，而在这项研究中，科研人员发现它在肠道神经元中也起着重要作用。

研究人员分析了铁死亡相关通路的基因表达，发现炎症会导致花生四烯酸脂氧合酶 Alox5 和 Alox15 上调，促进脂质过氧化和铁死亡，同时谷胱甘肽过氧化物酶 4（Gpx4）、谷胱甘肽合成酶（Gss）以及铁代谢调节蛋白 Fth1 和 Ireb2 等下调，这些变化都为铁死亡的发生 “推波助澜”。

通过实验，科研人员在体内和体外都证实了炎症会促进肠道神经元的铁死亡。在 DSS 诱导的结肠炎小鼠模型中，他们观察到肌间神经元中 TUNEL⁺神经元增加，这表明细胞死亡增加；同时，4 - 羟基壬烯醛（4 - HN）沉积增加，GPX4 蛋白减少，这些都是铁死亡的典型特征。在体外实验中，用促铁死亡化合物处理神经元培养物，会导致细胞死亡增加，而加入铁死亡抑制剂则可以阻止这一过程。这些结果有力地证明了炎症与肠道神经元铁死亡之间的紧密联系。

IFN 信号通路的 “开关” 作用：对铁死亡和疾病的影响

既然发现了炎症与铁死亡的关联，科研人员开始深入探究背后的调控机制。他们注意到，在炎症过程中，神经元通过表达细胞因子和干扰素（IFN）受体来感知炎症信号，其中 IFN 信号通路在神经元中起着关键的调节作用。

通过测量激活的细胞因子信号通路，科研人员发现炎症会诱导肌间神经元中 IFN 反应基因的表达，这表明 IFN 信号级联在神经元中被激活。在体外实验中，当神经元培养物暴露于 1 型 IFN 时，会检测到 STAT1 的磷酸化，这进一步证实了 1 型 IFN 信号通路的激活。

为了更深入了解 1 型 IFN 信号通路在神经元铁死亡中的作用，科研人员构建了条件性敲除 Ifnar1（编码 1 型 IFN 受体 α1）的小鼠模型（Ifnar1^ΔNeuron）。通过对 Ifnar1^ΔNeuron小鼠的研究，他们发现 Ifnar1 的缺失会影响神经元的多种功能，包括神经发生、神经元分化和突触组织。

在铁死亡方面，Ifnar1^ΔNeuron小鼠的神经元在结肠炎期间未能上调 Alox5 和 Alox5ap，同时 Gpx4 和 Gss 的下调也受到部分抑制，这表明 Ifnar1 在调节神经元铁死亡中起着重要作用。在功能上，Ifnar1^ΔNeuron小鼠在慢性 DSS - 结肠炎实验中表现出较低的疾病严重程度，体重减轻较少，结肠更长，4 - HN⁺神经元减少，总神经元数量增加，并且肠道运动也发生了改变。

这些结果表明，神经元中的 IFNAR1 就像一个 “开关”，通过调节铁死亡来影响疾病的严重程度和肠道转运时间。而且，科研人员通过对炎症性肠病（IBD）患者样本的分析发现，GPX4 与疾病严重程度呈负相关，IFNAR1 和 IFNGR1 也与 GPX4 呈负相关，这进一步证实了 IFN 信号通路和铁死亡在人类 IBD 中的关联，为 IBD 的治疗提供了新的潜在靶点。

研究的 “宝藏” 与 “局限”：展望未来研究方向

这项研究就像在黑暗中点亮了一盏明灯，为我们揭示了肠道神经元在炎症过程中的许多重要机制。它首次发现了肠道神经元对炎症刺激的保守反应，揭示了神经元通过多种方式感知免疫信号的机制，包括细胞因子受体、模式识别受体（PRRs）和代谢物受体等。同时，研究还确定了铁死亡是炎症诱导的肠道神经元细胞死亡的重要方式，并且发现 IFN 信号通路在调节铁死亡和肠道功能方面起着关键作用。这些发现对于我们理解胃肠道疾病，如 IBD 和 IBS 的发病机制具有重要意义，为开发新的治疗策略提供了理论基础。

然而，就像任何科学探索一样，这项研究也存在一些局限性。在实验设计上，研究中对每个器官的分析都包含了整个器官，这可能会导致某些反应被稀释，因为不同的神经节或神经元受炎症影响的程度可能不同。例如，在研究肠神经系统时，虽然对肌间神经丛进行了富集，但黏膜下神经丛在测序数据集中的代表性可能不足，而黏膜下神经元可能对炎症反应更为强烈。此外，分析所有胸腰段 DRGs 时，可能包含了一些不接收胃肠道信号的神经元，这也可能影响了对 DRGs 在炎症反应中的准确评估。而且，所使用的结肠炎模型在诱导的细胞因子环境上存在一定的重叠，这可能会干扰对特定炎症信号通路的准确分析。

尽管存在这些局限性，这项研究仍然为未来的研究指明了方向。未来的研究可以进一步深入探讨肠神经系统中不同细胞成分（如神经元和肠神经胶质细胞）在炎症中的相互作用，以及如何针对 IFN 信号通路和铁死亡开发更有效的治疗策略，为胃肠道疾病患者带来新的希望。