Wnt 信號通路介導膽堿通路助力抵御感染
腸道神經系統受中樞神經系統的控制，且富含神經元。腸道神經系統中的神經元也可以分泌許多神經遞質，如 5-羥色胺和乙酰膽堿（Ach）。而小腸上皮細胞可以表達Ach 受體：毒蕈堿受體和 Nicotinic receptors。作為 G 蛋白偶聯受體（G-protein coupled receptors，GPCRs），毒蕈堿受體通過下游的信號通路影響基因表達和細胞的功能。但是小腸上皮細胞表達膽堿受體的重要性和小腸上皮細胞與神經系統是否發(fā)生直接作用還不清楚。
而發(fā)表在《Immunity》這篇文章中，作者發(fā)現在秀麗隱桿線蟲的小腸上皮細胞中，毒蕈堿信號通路可以通過激活 Wnt 信號通路控制先天性防御的基因表達，將神經細胞的信號通路和腸道的先天免疫作用聯系了起來[1]。
Staphylococcus aureus 感染線蟲會導致小腸上皮細胞中的 clec-60 明顯升高。clec-60 基因編碼一個分泌蛋白，具有抗菌的作用。根據已有文獻，作者猜測感染導致的 clec-60 表達升高可能通過 GPCRs 信號通路進行[2]。為了檢測 clec-60上游的信號通路，作者在 Staphylococcus aureus 感染的線蟲中利用 RNAi 的方式干擾了 890 個 GPCRs 基因的表達。結果發(fā)現，毒蕈堿受體編碼基因 gar-2 的表達被 RNAi 干擾后， clec-60 的表達也受到了抑制。秀麗隱桿線蟲有兩個編碼毒蕈堿受體的基因，gar-2 和 gar-3 。進一步的實驗發(fā)現，gar-2 和 gar-3 在介導感染導致的 clec-60升高中均有作用。
作者又利用了 Ach 的擬似物 Arecoline，發(fā)現可以達到與 Staphylococcus aureus 感染相類似的效果，成功誘導 clec-60 等感染相關基因的表達。而利用毒蕈堿受體的拮抗劑 Scopolamine 則起到了相反的作用。毒蕈堿受體的激動 Oxotremorine 也可以誘導clec-60 的表達。綜合以上實驗結果，線蟲通過毒蕈堿受體的激活抵御 Staphylococcus aureus 的感染（圖1）。
圖1. 線蟲通過激活毒蕈堿受體抵御感染示意圖
已有文獻報道，Staphylococcus aureus 感染導致線蟲的 clec-60 表達升高依賴于 β-catenin 的等位基因 bar-1，bar-1 在經典的 Wnt 信號通路的發(fā)揮作用。作者發(fā)現，細菌感染會導致線蟲高表達 Wnt 信號配體基因 cwn-2。而在未被細菌感染的線蟲內，利用膽堿受體的擬似物 Arecoline 和激動劑 Oxotremorine 也可以刺激 cwn-2 的表達（圖2）。
圖2. 膽堿受體激動劑刺激 Wnt 信號通路配體的表達
此外，作者還發(fā)現，在細菌感染后線蟲體內的 Ach 快速升高，在 10 min 內即達到峰值，隨后開始逐漸減低，并在 4h 以后穩(wěn)定在一定水平。而 cwn-2 和 clec-60 的mRNA 表達水平則是在感染后逐漸升高，并在 16h 左右才達到峰值。綜合以上結果，Staphylococcus aureus 的感染刺激 Ach 釋放激活毒蕈堿信號通路，而毒蕈堿信號通路的又誘導 Wnt 信號通路的受體和配體的表達（圖3）。
圖3. 細菌感染后毒蕈堿信號通路和 Wnt 信號通路的聯系
為了進一步研究 Wnt 信號通路對于抗感染的作用，作者敲除了 Wnt 信號通路受體 Frizzled 的編碼基因 mig-1，與野生型相比毒蕈堿信號通路的抗菌作用被明顯破壞。證明毒蕈堿信號通路的抗菌作用下游需要通過 Wnt 信號通路，而 Wnt 信號通路在先天性免疫反應中也是必要的條件（圖4）。
圖4.Wnt 信號通路在毒蕈堿信號通路的必要性
小M 的小思考：
毒蕈堿信號通路是神經細胞膽堿受體的重要信號通路，Wnt 信號通路在生物體內是高度保守的信號通路，可以調節(jié)小腸上皮細胞的分化等眾多生物學過程。本篇文章將神經細胞的信號通路和腸道系統的先天性防御作用聯系起來，進一步揭示了腸腦軸在腸道系統、免疫系統和神經系統中交互調控的復雜性和重要性。此外，在本篇文章的研究過程中多個小分子化合物（毒蕈堿信號通路和 Wnt 信號通路的激動劑、抑制劑）的應用也提示我們，抗毒蕈堿的化合物可以作為炎癥疾病的藥物，進一步接受臨床試驗的檢驗。
參考文獻
[1] Labed SA，et al., Intestinal Epithelial Wnt Signaling Mediates Acetylcholine-Triggered Host Defense againstInfection.Immunity. 2018 May 15;48(5):963-978.e4.
[2] Styer, K.L.et al., Innate immunity in Caenorhabditis elegansis regulated by neurons expressing NPR-1/GPCR. Science.2008; 322, 460–464.
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