休暇中に食べたあのようなごちそうの後には毎回、胃や腸の内壁を覆う細胞がホルモンを血流に放出し、満腹になったので食べるのをやめるべきだと脳に知らせていた。
デューク大学の研究者らは今回、腸と神経系を結ぶ細胞間のつながりという、血中へのホルモン放出よりも直接的かもしれない別の仕組みを明らかにした。
この新たな仕組みによって、満腹感をどう感知するのか、またその感覚が胃バイパス手術によってどう影響を受けるのかについて、研究者の理解が変わる可能性がある。2015年1月2日に『Journal of Clinical Investigation』に掲載されたこの研究結果は、食品媒介ウイルスが脳に侵入するための潜在的な新機序にも光を当てている。
「この研究は、『腸の感覚』には実際の生物学的基盤があるかもしれないという考えを裏付けています」と、デューク大学医学部助教のディエゴ・ボルケス氏は述べた。「食べ物が腸壁に触れるとすぐに、腸で何が起きているのかを脳はリアルタイムで知るのです」と、ロジャー・リドル教授（消化器病学）の研究室で博士研究員としてこの研究を行ったボルケス氏は語った。
数年前、リドル氏の研究チームは、マウスの腸内壁に散在する細胞の一種を可視化する手法を開発した。この細胞は、驚くほどニューロンに似ている。腸の表面にある細胞の形は通常どおりだが、その裏側には長い突起がある。
「ホルモンを放出するだけのはずの細胞に、なぜ丸ごと一本の突起があるのか。それが疑問でした。反対側には標的があるはずです」とボルケス氏は述べた。
「ニューロポッド」と名付けられたこの特殊な突起は、ニューロンと連携するグリアと呼ばれる支持細胞によって育まれる。このことから当時、ニューロン回路に関与している可能性が示唆された。
新たな研究では、研究者らがニューロポッドの接触先をより詳しく追跡し、小腸と大腸で、血管ではなく個々の神経線維に近接していることを見いだした。また、ニューロポッドの約60%が感覚ニューロンと接触しており、腸の感覚に関与している可能性を裏付けていることも分かった。
研究チームはさらに踏み込み、ニューロポッドとニューロンは互いに接触するだけでなく、つながっていることを示した。培養皿の中で、脳から分離した単一の感覚ニューロンが、細胞の尺度でフットボール場の約半分ほど離れたニューロポッドに向かって伸び、接触した。
「私たちにとって、それは後戻りできない転換点でした」とボルケス氏は述べた。「この細胞はニューロンに近づく方法を知っている、ということです」。ただし、その正確な仕組みは明らかでない。近隣の細胞から完全に隔離した状態でこれらの細胞を培養した人はこれまで誰もいなかったため、このつながりは特に意外だったと同氏は付け加えた。
ニューロポッドはニューロンによく似ており、信号の送受信に使う同じ仕組みの多くを備えている。そこで研究者らは、体内を移動する際にまずニューロンに感染する、無力化した狂犬病ウイルスをマウスの結腸に感染させてみた。このウイルスは、あるニューロンから別のニューロンへの単一のつながりを可視化するための実験室用ツールとして、日常的に使われている。
それは思い切った賭けだったとボルケス氏は述べたが、うまくいった。ウイルスを導入してから1週間後、感染したのはニューロポッドを持つ細胞だけだった。
「これによって、狂犬病ウイルスが腸管腔から神経系へ移行する経路が示されます」と、デューク脳科学研究所のメンバーであるロジャー・リドル氏は述べた。「狂犬病ウイルスを食べることで感染する可能性がある、ということです。ほかのウイルスが神経系に感染する経路も、これかもしれません」。
今回の研究は、腸に最も近いニューロポッドとニューロンのつながりに焦点を当てた。研究チームは現在、腸から脳までの経路全体を追跡する取り組みを進めている。
この研究のほかの著者には、デューク大学医療センターのラフィク・シャヒド氏、アラン・アードマン氏、アレックス・クレガー氏、ユ・ワン氏、ニコール・カラコス氏、ファン・ワン氏が名を連ねている。
本研究は、米国国立衛生研究所（R01DK091946およびF32DK094704）ならびに退役軍人省（I01BX002230）の支援を受けた。
本記事は、 Duke Todayとの協力により公開されています。掲載は、世界経済フォーラムによる見解への賛同を意味するものではありません。
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著者：Karl Bates氏はDuke Todayに記事を執筆している。
画像： 脳のさまざまな部位を示した頭部の骨相学模型が、2012年3月27日、ロンドンのウェルカム・コレクションでの展示で公開されている。REUTERS/Chris Helgren