Wnt 信號通路介導膽堿通路在抵御感染的應用

    腸道神經(jīng)系統(tǒng)受中樞神經(jīng)系統(tǒng)的控制，且富含神經(jīng)元。腸道神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)元也可以分泌許多神經(jīng)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：毒蕈堿受體和煙堿受體。作為 G 蛋白偶聯(lián)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(jīng)系統(tǒng)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(xiàn)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(jīng)細胞的信號通路和腸道的先天免疫作用聯(lián)系了起來^[1]。

       金黃色葡萄球菌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(jù)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，作者在金黃色葡萄球菌感染的線蟲中利用 RNAi 的方式干擾了 890 個 GPCRs 基因的表達。結果發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)，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(xiàn)可以達到與金黃色葡萄球菌感染相類似的效果，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金黃色葡萄球菌的感染（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，金黃色葡萄球菌感染導致線蟲的 clec-60 表達升高依賴于 β-catenin 的等位基因 bar-1，bar-1 在經(jīng)典的 Wnt 信號通路的發(fā)揮作用。作者發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)，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，金黃色葡萄球菌的感染刺激 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(lián)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(jīng)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(jīng)細胞的信號通路和腸道系統(tǒng)的先天性防御作用聯(lián)系起來，進一步揭示了腸腦軸在腸道系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)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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