Wissenschaftler kartieren die neuronalen Bahnen für Erbrechen nach dem Verzehr infizierter Lebensmittel

01.11.2022 - USA

Der Brechreiz nach dem Verzehr kontaminierter Lebensmittel ist eine natürliche Abwehrreaktion des Körpers, um bakterielle Giftstoffe loszuwerden. Der Prozess, wie unser Gehirn diese biologische Reaktion bei der Entdeckung von Keimen auslöst, ist jedoch nach wie vor schwer zu verstehen. Zum ersten Mal haben Forscher den detaillierten neuronalen Weg der Abwehrreaktionen vom Darm zum Gehirn von Mäusen aufgezeichnet. Die Studie, die am 1. November in der Zeitschrift Cell veröffentlicht wurde, könnte Wissenschaftlern helfen, bessere Medikamente gegen Übelkeit für Krebspatienten zu entwickeln, die sich einer Chemotherapie unterziehen.

Viele durch Lebensmittel übertragene Bakterien produzieren nach der Aufnahme Toxine im Wirt. Nachdem das Gehirn ihre Anwesenheit wahrgenommen hat, löst es eine Reihe von biologischen Reaktionen aus, darunter Erbrechen und Übelkeit, um die Substanzen loszuwerden und eine Abneigung gegen Lebensmittel zu entwickeln, die ähnlich schmecken oder aussehen.

"Aber die Details, wie die Signale vom Darm zum Gehirn übertragen werden, waren unklar, weil die Wissenschaftler den Prozess nicht an Mäusen studieren konnten", sagt Peng Cao, der korrespondierende Autor der Studie am Nationalen Institut für Biologische Wissenschaften in Peking. Nagetiere können nicht erbrechen, wahrscheinlich wegen ihrer langen Speiseröhre und ihrer im Vergleich zur Körpergröße schwächeren Muskelkraft. Daher haben Wissenschaftler das Erbrechen bei anderen Tieren wie Hunden und Katzen untersucht, aber diese Tiere sind nicht umfassend untersucht worden, so dass der Mechanismus von Übelkeit und Erbrechen nicht aufgeklärt werden konnte.

Cao und sein Team stellten fest, dass Mäuse zwar nicht erbrechen, aber würgen, d. h. sie verspüren auch den Drang, sich zu übergeben, ohne sich zu übergeben. Das Team fand heraus, dass Mäuse nach der Verabreichung von Staphylokokken-Enterotoxin A (SEA), einem weit verbreiteten bakteriellen Toxin, das von Staphylococcus aureus produziert wird und auch beim Menschen zu lebensmittelbedingten Krankheiten führt, den Mund ungewöhnlich oft öffneten. Mäuse, die SEA erhalten hatten, öffneten ihren Mund in einem größeren Winkel als die Mäuse der Kontrollgruppe, die Kochsalzlösung erhalten hatten. Außerdem zogen sich während dieser Episoden das Zwerchfell und die Bauchmuskeln der mit SEA behandelten Mäuse gleichzeitig zusammen, ein Muster, das bei Hunden beobachtet wird, wenn sie erbrechen. Bei normaler Atmung ziehen sich Zwerchfell und Bauchmuskeln der Tiere abwechselnd zusammen.

"Der neuronale Mechanismus des Erbrechens ist dem des Erbrechens ähnlich. In diesem Experiment ist es uns gelungen, ein Paradigma für die Untersuchung von toxininduziertem Würgen bei Mäusen zu entwickeln, mit dem wir die Abwehrreaktionen des Gehirns auf Toxine auf molekularer und zellulärer Ebene untersuchen können", sagt Cao.

Bei Mäusen, die mit SEA behandelt wurden, fand das Team heraus, dass das Toxin im Darm die Freisetzung von Serotonin, einer Art Neurotransmitter, durch die enterochromaffinen Zellen an der Auskleidung des Darmlumens aktiviert. Das freigesetzte Serotonin bindet an die Rezeptoren auf den vagalen sensorischen Neuronen im Darm, die die Signale entlang der Vagusnerven vom Darm an eine bestimmte Art von Neuronen im dorsalen Vaguskomplex - Tac1+DVC-Neuronen - im Hirnstamm weiterleiten. Als Cao und sein Team die Tac1+DVC-Neuronen inaktivierten, haben mit SEA behandelte Mäuse weniger gewürgt als Mäuse mit normaler Tac1+DVC-Neuronenaktivität.

Darüber hinaus untersuchte das Team, ob Chemotherapie-Medikamente, die bei den Empfängern ebenfalls Abwehrreaktionen wie Übelkeit und Erbrechen auslösen, denselben neuronalen Pfad aktivieren. Sie injizierten Mäusen Doxorubicin, ein gängiges Chemotherapeutikum. Als das Team jedoch die Tac1+ DVC-Neuronen oder die Serotoninsynthese in den enterochromaffinen Zellen der Mäuse ausschaltete, wurde das Würgeverhalten der Tiere deutlich reduziert.

Cao sagt, dass einige der derzeitigen Medikamente gegen Übelkeit für Chemotherapieempfänger, wie Granisetron, durch die Blockierung der Serotoninrezeptoren wirken. Die Studie hilft zu erklären, warum das Medikament wirkt.

"Mit dieser Studie können wir nun die molekularen und zellulären Mechanismen von Übelkeit und Erbrechen besser verstehen, was uns helfen wird, bessere Medikamente zu entwickeln", sagt Cao.

Als Nächstes wollen Cao und seine Kollegen untersuchen, wie Toxine auf enterochromaffine Zellen wirken. Vorläufige Forschungsergebnisse zeigen, dass enterochromaffine Zellen das Vorhandensein von Toxinen nicht direkt wahrnehmen. Der Prozess beinhaltet wahrscheinlich komplexe Immunreaktionen geschädigter Zellen im Darm.

"Neben Keimen aus der Nahrung kommt der Mensch mit vielen Krankheitserregern in Berührung, und unser Körper ist mit ähnlichen Mechanismen ausgestattet, um diese toxischen Substanzen auszuscheiden. Husten ist zum Beispiel der Versuch unseres Körpers, das Coronavirus zu entfernen. Es ist ein neues und spannendes Forschungsgebiet, in dem es darum geht, wie das Gehirn das Vorhandensein von Krankheitserregern wahrnimmt und Reaktionen einleitet, um sie loszuwerden". sagt Cao und fügt hinzu, dass die künftige Forschung möglicherweise neue und bessere Angriffspunkte für Arzneimittel, einschließlich Medikamente gegen Übelkeit, aufzeigen wird.

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