장신경계 enteric nervous system 탐구 2020 nature review

[문형철]

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• Published: 09 March 2020

Enteric nervous system: sensory transduction, neural circuits and gastrointestinal motility

• Nick J. Spencer & 
• Hongzhen Hu 

Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology volume 17, pages338–351 (2020)Cite this article

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Abstract

The gastrointestinal tract is the only internal organ to have evolved with its own independent nervous system, known as the enteric nervous system (ENS). This Review provides an update on advances that have been made in our understanding of how neurons within the ENS coordinate sensory and motor functions. Understanding this function is critical for determining how deficits in neurogenic motor patterns arise. Knowledge of how distension or chemical stimulation of the bowel evokes sensory responses in the ENS and central nervous system have progressed, including critical elements that underlie the mechanotransduction of distension-evoked colonic peristalsis. Contrary to original thought, evidence suggests that mucosal serotonin is not required for peristalsis or colonic migrating motor complexes, although it can modulate their characteristics. Chemosensory stimuli applied to the lumen can release substances from enteroendocrine cells, which could subsequently modulate ENS activity. Advances have been made in optogenetic technologies, such that specific neurochemical classes of enteric neurons can be stimulated. A major focus of this Review will be the latest advances in our understanding of how intrinsic sensory neurons in the ENS detect and respond to sensory stimuli and how these mechanisms differ from extrinsic sensory nerve endings in the gut that underlie the gut–brain axis.

요약

위장관은 

장신경계(ENS)로 알려진 독립적인 신경계를 가지고 

진화한 유일한 내부 기관입니다. 

이 리뷰에서는 

ENS 내의 뉴런이 감각과 운동 기능을 조정하는 방식에 대한 

이해의 진전에 대한 최신 정보를 제공합니다. 

이 기능을 이해하는 것은 

신경인성 운동 패턴의 결함이 어떻게 발생하는지 파악하는 데 매우 중요합니다. 

장의 팽창 또는 화학적 자극이 

어떻게 ENS와 중추 신경계에서 감각 반응을 유발하는지에 대한 지식은 

팽창 유발 대장 연동 운동의 기계 전달의 기초가 되는 

중요한 요소를 포함하여 발전해 왔습니다. 

기존의 생각과는 달리, 

점막 세로토닌이 

연동 운동이나 대장 이동 운동 복합체의 특성을 조절할 수는 있지만 

연동 운동에 반드시 필요한 것은 아니라는 증거가 제시되었습니다. 

여러 연구에서 장내 숙주-미생물 상호 작용이 숙주 세로토닌 또는 5-하이드록시트립타민(5-HT) 시스템을 조절한다고 보고했습니다. 여기에서는 아커만시아 뮤시니필라와 그 세포외소포(EV)가 생쥐의 결장과 해마에서 세로토닌 시스템과 관련된 유전자에 미치는 영향을 평가했습니다. 수컷 C57BL/6J 마우스에 4주 동안 생존 가능한 A. 뮤시니필라와 그 EV를 투여했습니다. 쥐의 결장, 해마 및 혈청과 인간 대장암 세포(Caco-2)의 세로토닌 수치를 ELISA 분석법으로 측정했습니다. 또한 대장 및 해마에서 세로토닌 시스템 유전자의 발현에 대한 A. 뮤시니필라와 그 EV의 영향을 조사했습니다. A. 뮤시니필라와 그 EV는 생쥐의 결장과 해마에서 세로토닌 수치를 유도하는 데 생물학적 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 EV는 Caco-2 세포주에서 세로토닌 수치를 증가시켰습니다. 반면, 두 치료법 모두 혈청의 세로토닌 수치를 감소시켰습니다. 박테리아와 EV는 모두 생쥐의 결장과 해마에서 세로토닌 신호 전달/대사에 관여하는 유전자의 mRNA 발현에 상당한 영향을 미쳤습니다. 또한 A. 뮤시니필라와 그 EV는 결장에서 염증성 사이토카인(Il-10 및 Tnf-α)의 mRNA 발현에 영향을 미쳤지만 결장의 조직 병리학에서 염증 세포 침윤에는 큰 차이가 없는 것으로 나타났습니다. 장내 A. 뮤시니필라와 그 EV의 존재는 세로토닌 농도를 촉진하고 장-뇌 축을 통한 세로토닌 신호/대사에 영향을 미치며 세로토닌 관련 장애를 개선하기 위한 새로운 치료 전략에서 고려될 수 있습니다.

장내 A. 뮤시니필라와 그 EV의 존재는

세로토닌 농도를 촉진하고

장-뇌 축을 통한 세로토닌 신호/대사에 영향을 미치며

세로토닌 관련 장애를 개선하기 위한 새로운 치료 전략

내강에 적용된 화학감각 자극은 

장내분비 세포에서 물질을 방출할 수 있으며, 

이는 이후 ENS 활동을 조절할 수 있습니다.

 광유전학 기술이 발전하여 

특정 신경화학 계열의 장 신경세포를 자극할 수 있게 되었습니다. 

이 리뷰의 주요 초점은

 ENS의 내재적 감각 뉴런이 감각 자극을 감지하고 반응하는 방법과 

이러한 메커니즘이 장-뇌 축의 기초가 되는 

장의 외재적 감각 신경 종말과 어떻게 다른지에 대한 최신 이해의 진전입니다.

Key points

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• 척추동물에서 장 신경계(ENS)는 위장 기능에 매우 중요한 역할을 합니다.
• 장의 기계적 또는 화학적 자극이 ENS 내의 신경 활동과 추진성 운동으로 전환되는 메커니즘을 이해하는 데 많은 진전이 있었습니다.
• 팽창 유발 대장 연동 운동에 중요한 기계 감각 요소는 위장관의 장신경총 및/또는 원형 근육에 존재하며 점막이나 점막하 신경총이 필요하지 않은 것으로 확인되었습니다.
• 점막의 세포(예: 장내분비 세포)에서 방출되는 물질이 ENS 활동을 조절할 수 있다는 증거가 있지만, 세로토닌과 같은 매개 물질의 방출은 팽창 유발 연동 운동이나 대장 이동 운동 복합체에는 필요하지 않은 것으로 나타났습니다.
• 장의 같은 부위에서 내재성 감각 신경과 비교하여 외재성 척추 구심 신경의 활성화 메커니즘에 근본적인 차이가 있음이 밝혀졌습니다.
• 최근 광유전학 기술의 발전으로 이제 ENS에서 특정 신경화학 계열의 뉴런을 자극하여 기능을 규명할 수 있게 되었습니다.

Over the past decade, there has been extraordinary interest in how the gut and brain communicate with one another, in particular with regard to the microbiome and how substances within the wall of the gut could be responsible for changes in health and wellbeing. Understanding how the gut responds to different substances in the lumen requires an understanding of how the different sensory nerves are activated. Discerning how the gut detects sensory stimuli is of supreme importance to understanding the control of the gut–brain axis. There have been important advances in our knowledge of the different types of intrinsic and extrinsic sensory neurons that communicate local reflexes within and outside the gut to the spinal cord and brain. It has been known since the mid-1700s that segments of intestine isolated from vertebrates can respond to particular stimuli, despite the intestine being disconnected from the brain and spinal cord1 . Surprisingly, it was not until the mid-1990s that unequivocal evidence was presented of the enteric nervous system (ENS) containing its own population of sensory neurons2 and that these neurons are capable of initiating reflex responses mediated solely via the ENS3 . Over the past 5–10 years, there have been important advances in our understanding of how chemical and mechanical stimuli applied to the gut wall can elicit neural reflex responses within the ENS.

There have also been major advances in our understanding of how extrinsic afferents, with sensory nerve endings in the gut wall (but their cell bodies outside the gut) respond to certain stimuli. Interestingly, studies have shown that even within the same region of the bowel from the same species, the mechanisms that transduce mechanical or chemical stimuli of the bowel into neural reflexes can differ substantially between intrinsic sensory neurons (in the ENS) and extrinsic sensory nerve endings in the gut that have their cell bodies outside the gut wall.

Understanding how the gut detects sensory stimuli is of supreme importance to understanding the control of the gut–brain axis. In this Review, we discuss the major advances that have been made regarding the mechanisms underlying the transduction of sensory stimuli in the gut wall into neural activity within intrinsic and extrinsic sensory nerves.

지난 10년 동안 장과 뇌가 서로 소통하는 방식, 

특히 마이크로바이옴과 장 벽에 있는 물질이 

건강과 웰빙의 변화를 일으키는 방식에 대한 관심이 매우 높아졌습니다. 

장이 내강의 여러 물질에 어떻게 반응하는지 이해하려면 

다양한 감각 신경이 어떻게 활성화되는지 이해해야 합니다. 

장이 

감각 자극을 감지하는 방법을 파악하는 것은 

장-뇌 축의 제어를 이해하는 데 가장 중요합니다. 

장 안팎의 국소 반사를 척수와 뇌에 전달하는 

다양한 유형의 내재성 및 외재성 감각 뉴런에 대한 지식에 중요한 발전이 있었습니다. 

장이 뇌와 척수에서 분리되어 있음에도 불구하고 

척추동물에서 분리된 장의 일부가 특정 자극에 반응할 수 있다는 사실은 

1700년대 중반부터 알려져 왔습니다1 . 

놀랍게도 

1990년대 중반이 되어서야 

장 신경계(ENS)가 자체 감각 뉴런을 포함하고 있으며2 

이러한 뉴런이 ENS를 통해서만 매개되는 반사 반응을 일으킬 수 있다는 

명백한 증거가 제시되었습니다3 . 

지난 5~10년 동안 장벽에 가해지는 화학적 및 기계적 자극이 

어떻게 ENS 내에서 신경 반사 반응을 이끌어낼 수 있는지에 대한 

이해에 중요한 진전이 있었습니다. 

또한 

장 벽에 감각 신경 종말이 있지만 

세포체는 장 밖에 있는 외인성 구심체가 

특정 자극에 어떻게 반응하는지에 대한 이해에도 큰 진전이 있었습니다. 

흥미롭게도 연구에 따르면 

같은 종의 같은 부위 내에서도 

장의 기계적 또는 화학적 자극을 신경 반사로 전환하는 메커니즘은 

내재성 감각 신경세포(ENS내에서)와 세포체가 

장 벽 밖에 있는 장 외재성 감각 신경 종말 사이에 크게 다를 수 있는 것으로 나타났습니다. 

 Interestingly, studies have shown that even within the same region of the bowel from the same species, the mechanisms that transduce mechanical or chemical stimuli of the bowel into neural reflexes can differ substantially between intrinsic sensory neurons (in the ENS) and extrinsic sensory nerve endings in the gut that have their cell bodies outside the gut wall.

장이 

감각 자극을 감지하는 방법을 이해하는 것은 

장-뇌 축의 제어를 이해하는 데 가장 중요합니다. 

In this Review, we discuss the major advances that have been made regarding the mechanisms underlying the transduction of sensory stimuli in the gut wall into neural activity within intrinsic and extrinsic sensory nerves.

이 리뷰에서는 

장 벽의 감각 자극이 

내재성 및 외재성 감각 신경의 신경 활동으로 전달되는 

기본 메커니즘과 관련하여 이루어진 주요 진전에 대해 논의합니다.

Enteric nervous system Of all the hollow organs in the body, the gastrointestinal tract is the only organ to have evolved with its own complete nervous system, known as the ENS, which can function fully independently of any neural inputs from the central nervous system (CNS), that is, the brain and spinal cord1 . Perhaps the best evidence to support the autonomous nature of the ENS is exemplified when bowel segments are removed from vertebrates and studied in isolation ex vivo. Under these conditions, the intestine continues to generate complex propulsive neurogenic motor patterns despite all extrinsic nerves being severed4–6 . The notion that the gut was capable of generating reflex responses independent of the CNS was actually first identified in 1755 by Von Haller, who stated that, after removing the intestine from the body “the intestines in this state after being deprived from all communication with the brain, preserve their peristaltic motion”1 (Fig. 1).

His discovery was further supported 135 years later by Lüderitz, who provided the first clear description that local stimulation of the bowel could evoke polarized responses in isolated segments of the intestine7,8 . About 10 years later, Bayliss and Starling then confirmed the presence of polarized neural responses in exteriorized segments of dog intestine following local stimulation, leading them to formulate the ‘law of the intestine’, which stated: “Local stimulation of the gut produces excitation above and inhibition below the excited spot”9 (Fig. 1).

However, it was through work by Trendelenburg during the first World War that the now common term ‘peristaltic reflex’ was coined, which he used to describe the actual propulsion of content along isolated bowel segments4 . Since these early seminal studies, there has been much progress identifying the fundamental control mechanisms underlying neurogenic propulsion in the small and large intestine of small vertebrates5,6,10–17, including the small intestine18 and colon19 of humans, confirm‎ing that the ENS alone is capable of generating complex neurogenic motor patterns without inputs from the CNS (Fig. 2).

The ENS consists of many thousands of discrete small ganglia that retain neural continuity with each other, forming two distinct ganglionated neuronal plexuses called the myenteric and submucosal plexuses14. Unlike skeletal muscle, which is only innervated by excitatory neurons20, smooth muscle cells of the gastrointestinal tract are densely innervated by both excitatory and inhibitory motor neurons21–24. Within each plexus lies a heterogeneous population of individual neurons with distinct neurochemical coding, projections and functional roles14,25,26. Ganglia within the submucosal and myenteric plexuses are connected to neighbouring ganglia via internodal strands that carry axons over substantial distances (even up to 13cm) to facilitate the rapid conduction of neuronal signals along the bowel27,28.

There is considerable redundancy in the ENS — loss of large numbers of enteric neurons does not necessarily lead to loss of motility or function. Mice that lose at least half of their ENS can still generate rhythmic propagating neurogenic colonic motor complexes and live a normal lifespan29. The evolutionary process that has led to the development of the ENS has not been restricted to vertebrates. Simple invertebrates in the cnidarian phylum with radial symmetry, such as Hydra, evolved an intrinsic nervous system without any central ganglia (that is, a CNS)30 that is clearly capable of generating propulsive peristaltic-like movements31 and expelling waste. In general, the role of the myenteric plexus is to coordinate muscle movements underlying the propulsion of content, while the submucosal plexus is broadly involved in secretion and absorption14. It is presumed that the myenteric plexus fulfils a similar role in invertebrates. The importance of the ENS for life is best exemplified in vertebrates that are born with genetic mutations that lead to complete loss of enteric ganglia in the terminal colorectum32,33. Several animal species with a complete loss of enteric neurons over a substantial length of colorectum lack neurogenic motility patterns and have improper expulsion of colonic contents; this defect usually leads to the development of megacolon and animals commonly die shortly after birth5,32.

장 신경계 신체의 모든 속이 빈 장기 중에서 위장관은 

중추 신경계(CNS), 즉 뇌와 척수의 신경 입력과 완전히 독립적으로 기능할 수 있는 

자체적인 완전한 신경계로 진화한 유일한 기관입니다1 . 

아마도 ENS의 자율적 특성을 뒷받침하는 가장 좋은 증거는 

척추동물에서 장 분절을 제거하여 

생체 외에서 분리하여 연구할 때 예시될 수 있습니다. 

이러한 조건에서 

장은 

모든 외인성 신경이 절단되었음에도 불구하고 

복잡한 추진성 신경성 운동 패턴을 계속 생성합니다4-6 . 

complex propulsive neurogenic motor patterns

장이 

중추신경계와 독립적으로 반사 반응을 일으킬 수 있다는 개념은 

1755년 폰 할러에 의해 처음 확인되었는데, 

그는 신체에서 장을 제거한 후 

“뇌와의 모든 통신이 차단된 상태의 장은 연동 운동을 보존한다”1 고 말했습니다(그림 1). 

그의 발견은 135년 후, 

장의 국소 자극이 장의 고립된 부분에서 양극화된 반응을 유발할 수 있다는

 최초의 명확한 설명을 제공한 뤼데리츠에 의해 더욱 뒷받침되었습니다7,8 . 

약 10년 후, Bayliss와 Starling은 국소 자극 후 개 장의 외부화된 부분에서 양극화된 신경 반응이 나타나는 것을 확인하여 다음과 같은 '장의 법칙'을 공식화했습니다: “장의 국소 자극은 흥분 지점 위에서는 흥분을, 흥분 지점 아래에서는 억제를 일으킨다"9 (그림 1). 

그러나 지금은 흔히 사용되는 '연동 반사'라는 용어가 만들어진 것은 1차 세계대전 중 트렌델렌부르크의 연구를 통해 고립된 장 분절을 따라 내용물이 실제로 추진되는 것을 설명하는 데 사용되었습니다4 . 

이러한 초기 연구 이후, 

인간의 소장18 및 결장19을 포함한 소형 척추동물의 소장 및 대장에서 

신경성 추진의 근본적인 제어 메커니즘을 규명하는 데 많은 진전이 있었으며, 

ENS만으로도 

CNS의 입력 없이 복잡한 신경성 운동 패턴을 생성할 수 있다는 것이 확인되었습니다(그림 2). 

ENS는 

서로 신경 연속성을 유지하는 수천 개의 개별적인 작은 신경절로 구성되어 있으며, 

내장 신경총과 점막하 신경총이라는 

두 개의 별개의 신경절 신경총을 형성합니다14. 

The ENS consists of many thousands of discrete small ganglia that retain neural continuity with each other, forming two distinct ganglionated neuronal plexuses called the myenteric and submucosal plexuses

일반적으로  장 신경총의 역할은  내용물 추진의 기초가 되는 근육 운동을 조정하는 것이며,  점막하 신경총은 분비 및 흡수에 광범위하게 관여

흥분성 뉴런에 의해서만 신경이 전달되는 골격근과 달리20, 

위장관의 평활근 세포는 

흥분성 및 억제성 운동 뉴런에 의해 조밀하게 신경이 전달됩니다21-24. 

각 신경총 내에는 

뚜렷한 신경 화학적 코딩, 투영 및 기능적 역할을 가진 

개별 뉴런의 이질적인 집단이 존재합니다14,25,26. 

점막하 및 장신경총 내의 신경절은 

장내 신경 신호의 빠른 전도를 촉진하기 위해 

상당한 거리(최대 13cm까지)에 걸쳐 축삭돌기를 운반하는 절간 가닥을 통해 

이웃 신경절과 연결되어 있습니다27,28. 

많은 수의 장 신경세포가 손실된다고 해서 

반드시 운동성이나 기능의 상실로 이어지지는 않으며, 

ENS에는 상당한 중복성이 있습니다. 

ENS의 절반 이상을 잃은 생쥐는 

여전히 리드미컬하게 전파되는 신경성 대장 운동 복합체를 생성하고 

정상적인 수명을 살 수 있습니다29. 

ENS의 발달로 이어진 진화 과정은 척추동물에만 국한되지 않았습니다. 히드라처럼 방사형 대칭을 이루는 섬모목의 단순 무척추동물은 중심 신경절이 없는 내재 신경계(즉, CNS)30를 진화시켜 연동 운동과 같은 추진성 운동31을 생성하고 노폐물을 배출할 수 있는 능력을 분명히 갖추게 되었습니다. 

일반적으로 

장 신경총의 역할은 

내용물 추진의 기초가 되는 근육 운동을 조정하는 것이며, 

점막하 신경총은 분비 및 흡수에 광범위하게 관여합니다14. 

장신경총은 

무척추동물에서도 비슷한 역할을 하는 것으로 추정됩니다. 

생명에 대한 ENS의 중요성은 

말단 결장에서 장 신경절이 완전히 소실되는 유전적 돌연변이를 가지고 

태어난 척추동물에서 가장 잘 드러납니다32,33. 

상당한 길이의 결장에 걸쳐 

장 신경세포가 완전히 소실된 몇몇 동물 종은 

신경성 운동 패턴이 부족하고 결장 내용물의 배출이 부적절하며,

 이러한 결함은 일반적으로 거대 결장의 발달로 이어지고 동물은 일반적으로 출생 직후에 사망합니다5,32.

There has been long-term interest in generating enteric neurons in aganglionic regions of the bowel of a variety of mammals born with Hirschsprung disease32,34 or in mammals that develop enteropathies associated with a deficiency in a number of enteric neurons (for example, Chagas disease). In the past few years, studies have demonstrated that transplanted neural progenitor-containing neurospheres from mouse and human can integrate into the aganglionic mouse colon both in vivo35–37 and ex vivo38,39. However, because of the extreme phenotype of the aganglionic mouse model used, the vast majority of the offspring died within the first 1–2 months of birth (independent of the neurosphere treatment), making it difficult to determine the potential benefits of treatment. It has now been demonstrated that ENS progenitors from human pluripotent stem cells can be efficiently derived and isolated, leading to their differentiation into functional enteric neurons40.

This research showed that ENS precursors derived in vitro display targeted migration in the developing embryo of chicks and colonization of the large intestine of adult rodents40. Exciting in vivo studies have demonstrated that enteric neural stem cells can be successfully transplanted and integrated in vivo to restore nitrergic neurons in nitric oxide-deficient mouse colon41. This study demonstrated that transplantation of enteric neural stem cells in vivo leads to a recovery of neuronal nitric oxide synthase-positive enteric neurons and restoration of motility. These effects were associated with the development of elaborate networks of transplanted cells41. This finding was a major advance because it demonstrated, for the first time, that enteric neural stem cell transplantation can lead to an improvement in colonic function. There has been some controversy regarding the lifespan and turnover rates of enteric neurons. The controversy arises because original studies in mice showed that neurogenesis continues postnatally through to about postnatal day 21, at which point neurogenesis declines42.

However, a very different concept was proposed in 2017 by Kulkarni et al., namely that the rate of enteric neuronal turnover and neurogenesis in adult mice occurs at a rapid rate, whereby >85% of myenteric neurons in the adult mouse small intestine are less than 2 weeks of age43. If this is true, this rate of neuronal turnover would require substantial cell death, yet apoptosis has been shown to occur infrequently44, if at all, in the developing ENS of mice44,45. The study by Kulkarni et al. proposed that, despite ongoing neuronal cell loss (due to apoptosis), the substantial turnover and neurogenesis of adult enteric neurons means that the total number of myenteric neurons remains constant in adult mouse small intestine43.

This was suggested to occur owing to the formation of neurons from dividing precursor cells located within myenteric ganglia that express nestin and p75NTR43. Furthermore, this study suggested that there was a loss of approximately 4–5% of myenteric neurons daily, equivalent to about 30% of myenteric neurons every 7 days43. If the majority of neurons are turning over at such a high rate, it is unclear how retrograde neuronal tracing studies can visualize labelled enteric neurons many days after the application of tracers to autonomic ganglia46. It is also unclear how synaptic connections between neurons and neurotransmission can persist if nerve cell bodies are turning over so rapidly47. Future studies will be required to provide a better understanding of the rates of neuronal turnover and whether similar turnover rates occur throughout the full length of the gastrointestinal tract.

허쉬스프룽병32,34을 가지고 태어난 

다양한 포유류의 장의 신경교세포 영역에서 장 신경세포를 생성하거나, 

여러 장 신경세포의 결핍과 관련된 장 병증(예: 샤가스병)이 발생하는 포유류에 대해 

오랫동안 관심이 있어 왔습니다. 

지난 몇 년 동안, 생체 내35-37 및 생체 외38,39에서 마우스와 인간으로부터 이식된 신경 전구체 함유 신경구가 아교세포성 마우스 결장에 통합될 수 있다는 사실이 입증된 연구가 있었습니다. 그러나 사용된 아교세포 생쥐 모델의 극단적인 표현형으로 인해 대다수의 자손이 생후 1~2개월 이내에 (신경구 치료와 무관하게) 사망하여 치료의 잠재적 이점을 판단하기 어려웠습니다. 이제 인간 만능 줄기세포에서 ENS 전구세포를 효율적으로 추출하고 분리하여 기능성 장 신경세포로 분화시킬 수 있음이 입증되었습니다40. 

이 연구는 시험관 내에서 유래된 ENS 전구체가 병아리의 발달 중인 배아에서 표적 이동과 성체 설치류의 대장에서 식민지화를 보인다는 것을 보여주었습니다40. 

흥미로운 생체 내 연구에서는 

장 신경 줄기세포를 생체 내에서 성공적으로 이식하고 통합하여 

산화질소가 결핍된 마우스 결장에서 

질소 신경세포를 복원할 수 있다는 사실이 입증되었습니다41. 

장 신경계 신경병증은 광범위하고 심각한 장 운동 장애를 유발합니다. 장 신경 줄기세포(ENSC)를 이용한 손실된 신경세포의 세포 교체는 이러한 생명을 제한하는 장애에 대한 가능한 치료법입니다. 여기에서는 결장에서 느린 통과를 보이는 인간 장 신경 병증의 마우스 모델인 신경 산화질소 합성효소(nNOS-/-) 결핍 마우스 모델에서 ENSC 이식 후 장 운동성이 회복되는 것을 보여줍니다. 또한 ENSC를 대장에 이식하면 nNOS+ 신경세포의 발달과 그에 따른 질산 반응의 회복을 포함하여 이식된 세포의 광범위한 네트워크 형성을 통해 손상된 대장 운동성이 회복된다는 것을 보여주었습니다. 또한, 이식 후 비세포 자율 메커니즘은 nNOS-/- 결장에서 감소된 카잘 간질 세포의 수를 회복시킵니다. 이러한 결과는 ENSC 이식이 장 신경근 시냅스를 조절하여 운동장애 위장 질환 모델에서 장기 수준에서 기능을 회복시킬 수 있다는 최초의 직접적인 증거를 제공합니다. 분리된 인간 및 마우스 장 신경계 줄기세포(ENSC)는 마우스 결장의 신경 분포를 통합하고 촉진할 수 있습니다. 이 논문에서 저자는 인간 장 신경병증 마우스 모델에 마우스 ENSC를 이식하면 결장 운동성이 회복된다는 것을 보여줍니다.

이 연구는 

장 신경 줄기세포를 생체 내에 이식하면 

산화질소 합성효소 양성 장 신경세포가 회복되고 

운동성이 회복된다는 것을 입증했습니다. 

이러한 효과는 

이식된 세포의 정교한 네트워크의 발달과 관련이 있습니다41. 

이 발견은 

장 신경 줄기세포 이식이 대장 기능 개선으로 이어질 수 있다는 사실을 

처음으로 입증했다는 점에서 중요한 진전입니다. 

장 신경세포의 수명과 회전율에 대해서는 

논란이 있어 왔습니다. 

이러한 논란은 생쥐를 대상으로 한 기존 연구에서 신경 생성이 출생 후 약 21일까지 지속되며, 

이 시점이 되면 신경 생성이 감소하는 것으로 나타났기 때문에 발생했습니다42. 

그러나 

2017년 쿨카니(Kulkarni) 등은 

성체 생쥐의 장 신경세포 회전율과 신경 발생이 빠른 속도로 진행되어 

성체 생쥐 소장의 장 신경세포의 85% 이상이 

생후 2주 미만이라는 매우 다른 개념을 제안했습니다43. 

이것이 사실이라면, 

이러한 신경세포 회전율은 상당한 세포 사멸을 필요로 하지만, 

발달 중인 생쥐의 ENS에서 세포 사멸은 

드물게44,45 발생하는 것으로 나타났습니다. 

쿨카르니 등의 연구에 따르면 

(세포 사멸로 인한) 지속적인 신경 세포 손실에도 불구하고 

성체 장 신경세포의 상당한 회전율과 신경 발생은 

성체 마우스 소장에서 장 신경세포의 총 수가 일정하게 유지된다는 것을 의미합니다43. 

이는 

네스틴과 p75NTR43을 발현하는 장 신경절 내에 위치한 분열 전구세포에서 

신경세포가 형성되기 때문에 발생하는 것으로 추정됩니다. 

또한 이 연구에 따르면 

매일 약 4~5%의 장 신경세포가 손실되며, 

이는 7일마다 장 신경세포의 약 30%에 해당하는 양입니다43. 

성인 장에서 강력한 신경 생성 프로그램이 존재하고 이를 담당하는 장 신경 전구세포(ENPC)가 존재한다는 사실은 생물학적 및 임상적으로 중대한 의미를 지니고 있습니다. 이는 중추신경계 외부에 강력한 성인 신경 발생이 존재한다는 것을 보여주며, 성인에서도 장 신경계가 외인성 영향에 취약하다는 것을 나타냅니다. 예를 들어, 무력증과 같은 장 신경계의 후천성 질환은 허쉬스프룽병과 같은 선천성 장애와 유사하게 ENPC의 손실로 인해 발생할 수 있습니다. 따라서 성인 ENPC를 식별할 수 있게 되면 장 신경근 질환의 발병 기전에 대한 새로운 이해와 새로운 재생 치료법 개발이 가능해질 것입니다.

현재의 정설에 따르면, 완전히 발달한 성인 장 신경계에서는 신경 생성이 거의 또는 전혀 일어나지 않습니다. 

이러한 신경 발생의 부족은 

신경 세포의 지속적인 사멸에 대한 이전 보고를 고려할 때 

성체 장에서 장 신경 세포 집단이 어떻게 유지되는지에 대한 의문을 남깁니다. 

여기서 우리는 

성체 소장의 장 신경절에서 세포 사멸로 인한 지속적인 신경 세포 손실에도 불구하고 

총 장 신경 세포 수는 일정하게 유지된다는 것을 확인했습니다. 

이렇게 관찰된 신경세포 항상성은 장 신경절 내에 위치하며 네스틴과 p75NTR을 모두 발현하지만 범신경절 마커 Sox10은 발현하지 않는 분열 전구세포로부터 생체 내에서 형성된 새로운 신경세포에 의해 유지됩니다. 이 성체 전구체 풀에서 포스파타제 및 텐신 상동 유전자의 돌연변이는 장 신경세포 수의 증가로 이어져 신경절 신경종증을 유발하며, 이는 인간의 해당 질환을 모델링합니다. 종합하면, 우리의 결과는 성체 장 신경세포의 상당한 회전율과 신경 발생을 보여주며 건강과 질병에서 장 신경계를 이해하기 위한 패러다임을 제공합니다.

장 신경계(ENS)는

운동성, 분비, 국소 면역 및 염증을 포함한 중요한 위장 기능을 제어하거나 조절하며,

뇌를 제외한 가장 큰 자율 신경세포 집합을 나타냅니다(1).

ENS와 관련된 장애는

전 세계적으로 흔하며 건강 부담의 주요 원인입니다(2).

ENS는

기계적 스트레스(3)와 내강 내용물(4)로 인한 잠재적 환경 위협에 지속적으로 노출되지만,

건강한 성인 소장의 장 신경세포 수가

성인 생애 대부분 동안 놀랍도록 일정하게 유지되는 방법은 알려져 있지 않습니다(5).

관찰된 세포 사멸 매개 신경세포 손실을 상쇄하기 위해서는

장에서 새로운 신경세포의 지속적인 생성이 필요한 것으로 보이지만(6),

이러한 신경 발생은 입증하기가 매우 어려웠으며 성인의 생체 내 장 신경 발생은 여전히 논란이 많습니다(7-10).

이 분야의 두 번째 관련 수수께끼는

다양한 마커를 사용하여 배아 및 성인 장에서 분리된 세포의 시험관 내에서

줄기세포와 유사한 행동(자기 재생 및 다능성)이 충분히 입증되었음에도 불구하고

진정한 장 신경 전구세포(ENPC)가 장에 존재하는지 확실하게 확인할 수 없다는 것입니다(7-9, 11-23).

이 연구에서 우리는

성체 소장에서 진행 중인 신경세포 사멸의 높은 속도를 따라잡기 위해

생체 내에서 빠른 신경 생성이 가능한 ENPC를 성공적으로 확인함으로써

이러한 논란을 해결했습니다.

또한,

이러한 전구 세포의 확인되지 않은 증식은

환자에서 나타나는 장 운동 장애인 인간 신경절 신경종양증과 유사한 장 표현형으로 이어집니다(24).

우리의 연구 결과는

소장에서 성인 뉴런의 놀라운 회전율을 나타내며

건강과 질병에서 ENS를 이해하기 위한 독특한 패러다임을 제공합니다.

....

대부분의 뉴런이 이렇게 빠른 속도로 뒤집어지는 경우, 

역행성 뉴런 추적 연구에서 자율신경절에 추적자를 적용한 지 며칠이 지난 후에도 

라벨이 부착된 장 신경세포를 어떻게 시각화할 수 있는지는 불분명합니다46. 

또한 신경 세포체가 그렇게 빠르게 뒤집히는 경우 

신경세포와 신경전달 사이의 시냅스 연결이 어떻게 지속될 수 있는지도 불분명합니다47. 

향후 연구에서는 

신경세포의 회전율과 위장관의 전체 길이에 걸쳐 

유사한 회전율이 발생하는지에 대한 

더 나은 이해를 제공해야 할 것입니다.

Just like the heart, the gut contains non-neuronal pacemaker cells that generate electrical rhythmicity in the smooth muscle cells. These electrical oscillations in the smooth muscle are called slow waves. The pacemaker cells of the gastrointestinal tract that generate slow waves have been identified as interstitial cells of Cajal (ICC)48. Slow waves cause phasic contractions of the gut without any requirement of activity from enteric neurons49. It is accepted that the ENS is required for propulsion along the gut. However, according to evidence in experimental models, pacemaker-type ICC (at the level of the myenteric plexus) and the electrical rhythmicity these cells generate are not required for normal gastrointestinal function, at least in the small intestine, where they can be selectively ablated50,51. By contrast, mice that fail to develop an ENS but still develop ICC in the aganglionic smooth muscle region52, and are therefore unable to generate sufficient propulsion or polarized contractions that could propel content, die soon after birth53.

This research showed that, while ICC at the level of the myenteric plexus (referred to as ICC–Myenteric, termed ‘ICCMY’) were important for slow wave-mediated peristalsis49, these pacemaker cells and the rhythmic electrical depolarizations they generate were unable to take over the critical role of the ENS. Interestingly, mutant mice that lack pacemaker-type ICC at the level of the myenteric plexus and consequently lack electrical slow waves in the small intestine live a full lifespan with minor or no obvious gastrointestinal deficits50,51 and still generate propagating neurogenic contractions54. Evidence exists that another population of ICC lying adjacent to smooth muscle cells are important for neurotransmission55,56, although this is still controversial and some remain unconvinced57–59 as excitatory60 and inhibitory61 neurotransmission persists in animals without this ICC population. With the rapid increase in interest in sensory communication within the gut and along the gut–brain axis, our understanding of sensory innervation of the gastrointestinal tract has been the focus of much attention.

Since the gastrointestinal tract is the only internal organ that has evolved its own sensory neurons, there is intense interest in understanding how the mechanisms of activation of intrinsic sensory neurons differ from extrinsic sensory nerve endings in the gastrointestinal tract (Fig. 3). Additionally, understanding the relative contribution of intrinsic versus extrinsic sensory nerves to the generation of chemosensory and mechanosensory reflex responses is of supreme relevance to the development of future therapeutic interventions to modify gastrointestinal function.

심장과 마찬가지로 

장에는 평활근 세포에서 전기적 리듬을 생성하는 

비신경성 박동 조절 세포가 있습니다. 

non-neuronal pacemaker cells

이러한 평활근의 전기적 진동을 서파라고 합니다. 느린 파를 생성하는 위장관의 맥박조절 세포는 카잘 간질 세포(ICC)48로 확인되었습니다. 

느린 파는 

장 신경세포의 활동 없이도 장의 단계적 수축을 유발합니다49. 

장 신경세포가 

장의 추진에 필요하다는 것은 

인정되고 있습니다. 

그러나 실험 모델의 증거에 따르면, 심박 조율기 형 ICC(장 신경총 수준)와 이러한 세포가 생성하는 전기 리듬은 적어도 소장에서 선택적으로 제거할 수 있는 정상적인 위장 기능에 필요하지 않습니다50,51. 반면, ENS를 발달시키지 못했지만 여전히 미주신경절 평활근 영역에 ICC가 발달한 마우스52는 내용물을 추진할 수 있는 충분한 추진력이나 편극 수축을 생성하지 못하여 출생 직후에 사망합니다53. 

이 연구에 따르면 

장 신경총 수준의 ICC(ICC-Myenteric, 'ICCMY'라고 함)는 

느린 파동 매개 연동 운동에 중요하지만49, 

이러한 심장 박동기 세포와 이들이 생성하는 리듬성 전기 탈분극은 

ENS의 중요한 역할을 대신할 수 없었습니다. 

흥미롭게도 장신경총 수준에서 심박조율기형 ICC가 결여되어 결과적으로 소장에서 전기적 저속파가 없는 돌연변이 마우스는 위장 결손이 경미하거나 전혀 없는 상태로 평생을 살며50,51 여전히 전파성 신경성 수축을 일으킵니다54. 평활근 세포에 인접한 또 다른 ICC 집단이 신경전달에 중요하다는 증거가 존재하지만55,56 이는 여전히 논란의 여지가 있고 일부는 확신하지 못하지만57-59 흥분성60 및 억제성61 신경전달이 이 ICC 집단이 없는 동물에서도 지속되기 때문에 여전히 확신을 갖지 못하고 있습니다. 

장내 및 장-뇌 축을 통한 감각 전달에 대한 관심이 급증함에 따라 

위장관의 감각 신경 분포에 대한 이해가 많은 관심을 받고 있습니다. 

위장관은 

자체 감각 뉴런이 진화한 유일한 내부 기관이기 때문에 

내재적 감각 뉴런의 활성화 메커니즘이 

위장관의 외재적 감각 신경 종말과 어떻게 다른지 이해하는 데 큰 관심이 있습니다(그림 3). 

또한, 

화학 감각 및 기계 감각 반사 반응의 생성에 대한 

내재적 감각 신경과 외재적 감각 신경의 상대적 기여도를 이해하는 것은 

위장 기능을 수정하기 위한 미래의 치료 개입 개발과 매우 관련이 있습니다.

A range of intrinsic sensory neurons and extrinsic sensory nerve endings are known to exist in the enteric nervous system (ENS). (1) Dogiel type I neurons represents a class of myenteric interneuron in the colon that have been identified as being largely length sensitive and tension insensitive. (2) At least two classes of cholinergic and nitrergic myenteric neurons in the myenteric plexus have been demonstrated to be rapidly adapting myenteric excitatory neurons. (3) Extrinsic vagal afferent nerve endings innervate largely the upper gut and behave predominantly as slowly adapting tension receptors. (4) Spinal afferent nerve endings provide a very rich sensory innervation to the lower gut (distal colon) and are potently activated by stretch and increases in muscle tension. (5) Dogiel type II neurons in the myenteric plexus are both chemosensory and mechanosensitive and receive fast and slow synaptic inputs from other enteric neurons. (6) Intestinofugal neurons are usually thought of as second-order neurons but have been shown to be directly mechanosensitive and respond to direct mechanical compression stimuli.

장 신경계(ENS)에는 다양한 내재성 감각 뉴런과 외재성 감각 신경 종말이 존재하는 것으로 알려져 있습니다. 

(1) 도지엘 1형 뉴런은 대장에 있는 장내 뉴런의 한 종류로, 주로 길이에 민감하고 장력에 둔감한 것으로 확인되었습니다. 

(2) 장 신경총에서 적어도 두 종류의 콜린성 및 질질성 장 신경세포가 빠르게 적응하는 장 흥분성 신경세포임이 입증되었습니다.

 (3) 외재 미주 구심성 신경 종말은 주로 상부 장을 자극하며 주로 천천히 적응하는 긴장 수용체로서 작용합니다. 

(4) 척수 구심성 신경 종말은 하부 장(원위 결장)에 매우 풍부한 감각 신경을 제공하며 스트레칭과 근육 긴장의 증가에 의해 강력하게 활성화됩니다. 

(5) 장 신경총의 도지엘 II형 뉴런은 화학감각과 기계감각에 모두 민감하며 다른 장 신경세포로부터 빠르고 느린 시냅스 입력을 받습니다. 

(6) 장 신경세포는 일반적으로 2차 뉴런으로 생각되지만 직접 기계에 민감하고 직접적인 기계적 압박 자극에 반응하는 것으로 나타났습니다.

Intrinsic sensory neurons

Mechanotransduction

It was first demonstrated in the mid-1700s that the gastrointestinal tract is unique, in that it can respond to sensory stimuli in vitro1. Other visceral organs such as the bladder, uterus and lungs rely on sensory stimuli being conveyed to the CNS, via spinal or vagal afferents to elicit motor reflexes62.

There have been important advances in our understanding of the intrinsic sensory innervation of gastrointestinal tract. That there exists a population of sensory neurons intrinsic to the gut wall had been suspected for many years. In fact, in the mid-1700s, Von Haller seems to have been the first to identify that the isolated gut could retain an ability to respond to sensory stimuli, despite losing connectivity with the spinal cord. He stated that if he touched the intestines using a knife or corrosives, the intestine responded as if it were still connected to the spinal cord and brain1. This was the first documented evidence that the gut could respond to stimuli without any apparent neural pathways between the gut and central nervous system.1.However, it was not until the first intracellular electrophysiological recordings were made from enteric neurons that evidence emerged for a class of sensory neuron actually within the ENS63,64. It was not until the mid-1990s that compelling evidence was presented that some enteric neurons in guinea-pig small intestine exhibited sensory properties3.

These studies initially revealed that neurons with Dogiel type II morphology were indeed responsive to chemical2,14 and mechanical stimuli65. Dogiel type II neurons have distinct characteristics consisting of large cell somas and multipolar processes that ramify extensively within the myenteric plexus66 and have projections both into the mucosa (Table 1)2,14,67 and circumferentially, or aborally along the intestine27,68. The notion that neurons with Dogiel type II morphology could function as mechanosensory neurons was also supported by the work of Mao and colleagues in the mouse small intestine69. They showed during patch recordings from Dogiel type II nerve cell bodies that were immersed in a low Ca2+ solution (to block all synaptic transmission), that these neurons generated bursts of action potentials in response to mechanical compression of neighboring nerve fibre tracts. Their findings provided additional evidence that mechanosensation might be a ubiquitous property of Dogiel type II neurons in the ENS of different species.

내재적 감각 뉴런

기계 전달 Mechanotransduction

위장관은

시험관 내에서 감각 자극에 반응할 수 있다는 점에서 독특하다는 것이

1700년대 중반에 처음 입증되었습니다1.

방광, 자궁 및 폐와 같은 다른 내장 기관은

운동 반사를 유도하기 위해

척수 또는 미주 구심체를 통해 중추 신경계로 전달되는 감각 자극에 의존합니다62 .

위장관의 고유한 감각 신경 분포에 대한 이해에

중요한 진전이 있었습니다.

장 벽에 고유한 감각 뉴런 집단이 존재한다는 사실은

오랫동안 의심되어 왔습니다.

실제로 1700년대 중반, 폰 할러는 척수와의 연결이 끊긴 장이 감각 자극에 반응하는 능력을 유지할 수 있다는 사실을 최초로 발견한 것으로 보입니다. 그는 칼이나 부식제를 사용하여 장을 만지면 장이 마치 척수 및 뇌와 연결되어 있는 것처럼 반응한다고 말했습니다1 . 이는 장과 중추신경계 사이에 뚜렷한 신경 경로가 없어도 장이 자극에 반응할 수 있다는 최초의 문서화된 증거였습니다.1 그러나 장 신경세포에서 최초의 세포 내 전기생리학적 기록이 이루어지고 나서야 실제로 ENS63,64 내에 감각 신경세포의 종류에 대한 증거가 나타났습니다.

1990년대 중반이 되어서야

기니피그 소장의 일부 장 신경세포가

감각 특성을 보인다는 강력한 증거가 제시되었습니다3.

이 연구들은 처음에

도지엘 II형 형태를 가진 뉴런이

실제로 화학적2,14 및 기계적 자극에 반응한다는 사실을 밝혀냈습니다65.

도지엘 II형 뉴런은

장 신경총 내에서 광범위하게 퍼져 있는

큰 세포체와 다극돌기로 구성된 독특한 특성을 가지고 있으며66

점막(표 1)2,14,67 그리고 장의 둘레 또는 복부를 따라 돌기가 있습니다27,68.

도지엘 II형 형태를 가진 뉴런이 기계감각 뉴런으로 기능할 수 있다는 개념은

마우스 소장을 대상으로 한 마오와 동료들의 연구에서도 뒷받침되었습니다69.

이들은

낮은 Ca2+ 용액(모든 시냅스 전달을 차단하기 위해)에 담근 도지엘 유형 II 신경 세포체의 패치 기록을 통해

이러한 신경세포가 인접 신경 섬유관의 기계적 압박에 반응하여

활동 전위의 폭발을 생성한다는 것을 보여주었습니다.

연구팀은

기계감각이 다른 종의 ENS에서 도지엘 유형 II 뉴런의 보편적인 특성일 수 있다는

추가적인 증거를 제시했습니다.

Table 1.

Comparison of two major types of enteric neurons.

CharacteristicEnteric neuron typeS neuronsAH neurons

Exhibit prominent Fast EPSPs	Yes	Less common
Exhibit slow EPSPs	Yes	Common
Projections into the mucosa	Rare or never from the myenteric plexus	Yes, common from the myenteric plexus
Mechanosensory properties	Yes	Yes
Chemosensory properties	None known	Yes
Morphology	Dogiel type 1	Dogiel type 2
Functional classes	Intrinsic sensory neurons, interneurons and motor neurons	Intrinsic sensory neurons and possibly some interneurons

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Table shows the major differences in the characteristics of Myenteric S neurons and AH neurons in the myenteric plexus. EPSP, excitatory postsynaptic potential.

While it had been thought that Dogiel type II neurons were the only intrinsic sensory neuron in the ENS, research has shown that other populations of enteric neurons with Dogiel type I morphologies can also have mechanosensory properties (Table 1)70–72. Dogiel type I neurons were originally classified as having small to medium sized cell bodies with short, broad, flat dendrites and a single axon73. Later studies identified Dogiel type 1 neurons as predominantly being interneurons or motor neurons14. In mouse ileum, neuronal imaging of the ENS has revealed 22% of myenteric neurons are rapidly-adapting mechanosensitive myenteric neurons (RAMENs)while in the colon they represent 15% of myenteric neurons74. In guinea-pig intestine, 45% of cultured myenteric neurons responded with mechanosensory properties74–76.

그동안

도지엘 II형 뉴런이 ENS의 유일한 고유 감각 뉴런이라고 여겨졌지만,

연구에 따르면 도지엘 I형 형태를 가진 다른 장 신경세포 집단도

기계감각 특성을 가질 수 있습니다(표 1)70-72.

도지엘 1형 뉴런은

원래 짧고 넓고 평평한 수상돌기와 단일 축삭을 가진

중소형 세포체를 가진 것으로 분류되었습니다73.

이후 연구에서는

도지엘 1형 뉴런이

주로 인터뉴런 또는 운동 뉴런인 것으로 확인되었습니다14.

쥐의 회장에서는 ENS의 신경 영상에서

장 신경세포의 22%가 빠르게 적응하는

기계감응 장 신경세포(RAMEN)인 반면,

결장에서는 장 신경세포의 15%를 차지하는 것으로 밝혀졌습니다74.

기니피그 장에서는 배양된 장 신경세포의 45%가

기계감각적 특성으로 반응했습니다74 -76.

RAMENs have now been shown to be preval‎ent in the ENS of a variety of species and these neurons encode dynamic changes in force. This was demonstrated when action potential firing frequency was found to be proportional to the deformation applied to the ganglion in which the cell soma was located74. These neurons were confirmed in the small intestine of mice74, gastric corpus of guinea-pigs76 and human colon75. Notably, strain forces activated all classes of mechanosensitive enteric neurons, whereas shear stress was less effective77.

On the basis of these findings, there is sound reasoning that neurons with either Dogiel type I or Type II properties can not only respond to sensory stimuli as primary afferents, but also receive synaptic inputs from other neurons. Indeed, intracellular electrophysiological studies have revealed that a population of Dogiel type I neurons (interneurons) in the myenteric plexus of guinea-pig colon are mechanically sensitive and also receive fast synaptic inputs70. Curiously, there are major differences in the mechanisms of mechanotransduction of Dogiel type II neurons in the guinea-pig small intestine, compared with Dogiel type I neurons in the large intestine of the same species. For example, in the guinea-pig distal colon, Dogiel type I neurons are largely stretch-sensitive, which continue to fire action potentials when smooth muscle tension is reduced or abolished (that is when the muscles are paralysed)70. By contrast, in the small intestine of the guinea-pig, Dogiel type II neurons are sensitive to changes in muscle tension and when the muscles are paralysed, these neurons are markedly less responsive to changes in circumferential length than Dogiel type I neurons65,78. Why the mechanisms of mechanotransduction are so different between the small bowel and colon are not clear, but could be related to the different composition of the luminal contents and the fact that largely liquid is propelled in the small intestine, whereas largely solids are propelled in the distal colon. One of the major unresolved mysteries of Dogiel type II neurons is whether rapid release of substances (like serotonin) from enteroendocrine cells can dynamically activate the terminals of these neurons that project into the mucosa67.

There has been an assumption that endogenous serotonin is released from enterochromaffin (EC) cells following mucosal distortion and that this can directly activate the terminals of mucosally-projecting Dogiel type II neurons terminals. Despite it being well accepted that exogenous 5-HT can activate the terminals of Dogiel type II neurons directly79, there is no direct evidence that endogenous 5-HT released from EC cells can rapidly activate their terminals directly (Fig.4). These neurons do form a unique sensory circuit, at least in guinea-pig intestine, that involves preferentially activating ascending excitatory interneurons and excitatory motor neurons80.

RAMEN은

현재 다양한 종의 ENS에서 널리 퍼져 있으며

이러한 뉴런은 힘의 동적 변화를 암호화하는 것으로 나타났습니다.

이는 활동 전위 발화 빈도가

세포체가 위치한 신경절에 가해지는 변형에 비례하는 것으로 밝혀졌을 때

입증되었습니다74 .

이러한 뉴런은

생쥐의 소장74, 기니피그의 위장76 및 인간의 결장75 에서도 확인되었습니다.

특히,

strain forces  변형력은 모든 종류의 기계 민감성 장 뉴런을 활성화하는

반면 전단 응력 shear stress 은 덜 효과적이었습니다77.

Notably,

strain forces activated all classes of mechanosensitive enteric neurons,

whereas shear stress was less effective77.

이러한 결과를 바탕으로

도지엘 유형 I 또는 유형 II 특성을 가진 뉴런은

일차 구심체로서 감각 자극에 반응할 뿐만 아니라

다른 뉴런으로부터 시냅스 입력을 받을 수 있다는 추론이 타당합니다.

실제로 세포 내 전기 생리학 연구에 따르면

기니피그 결장의 내장 신경총에 있는 도지엘 1형 뉴런(인터뉴런) 집단은

기계적으로 민감하며 빠른 시냅스 입력도 받는다는 사실이 밝혀졌습니다70.

흥미롭게도,

같은 종의 대장에 있는 도지엘 1형 뉴런과 비교했을 때

기니피그 소장에 있는 도지엘 2형 뉴런의 기계 전달 메커니즘에는 큰 차이가 있습니다.

예를 들어,

기니피그 원위 결장에서 도지엘 1형 뉴런은

대부분 신축성에 민감하여 평활근 긴장이 감소하거나 폐지될 때(즉, 근육이 마비될 때)70

활동 전위를 계속 발산합니다.

대조적으로,

기니피그의 소장에서 도지엘 유형 II 뉴런은

근육 장력의 변화에 민감하며 근육이 마비되면

이 뉴런은 도지엘 유형 I 뉴런보다 둘레 길이 변화에 현저히 덜 반응합니다65,78.

소장과 결장에서 기계 전달 메커니즘이 다른 이유는 명확하지 않지만,

내강 내용물의 구성이 다르고

소장에서는 대부분 액체가 추진되는 반면

원위 결장에서는

대부분 고체가 추진된다는 사실과 관련이 있을 수 있습니다.

도지엘 II형 뉴런의 주요 미해결 미스터리 중 하나는

장내 내분비 세포에서 세로토닌과 같은 물질이 빠르게 방출되면

점막으로 돌출되는 이 뉴런의 말단을 동적으로 활성화할 수 있는지 여부입니다67 .

내인성 세로토닌은

점막 왜곡 후 장내 크로마핀(EC) 세포에서 방출되며,

이것이 점막으로 돌출된 도지엘 유형 II 뉴런 말단의 말단을 직접 활성화할 수 있다는 가정이 있어 왔습니다.

외인성 5-HT가

도지엘 II형 뉴런의 말단을 직접 활성화할 수 있다는 것은 잘 알려져 있지만79,

EC 세포에서 방출된 내인성 5-HT가 말단을

직접 빠르게 활성화할 수 있다는 직접적인 증거는 없습니다 (그림 4).

이러한 뉴런은 적어도 기니피그 장에서

상승 흥분성 뉴런과 흥분성 운동 뉴런을

우선적으로 활성화하는 독특한 감각 회로를 형성합니다80.

Fig. 4: Possible mechanisms underlying the activation of two major classes of intrinsic sensory neuron in the ENS.

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Dogiel type I neurons are mechanosensory and have been functionally identified as interneurons. These neurons also have fine nerve projections into the circular muscle, which could facilitate stretch sensitivity and connectivity with the circular muscle layer. Dogiel type II neurons have projections into the mucosa. They also have been shown to have fine varicose projections into the circular muscle layers. The functional role of enterochromaffin (EC) cells in the physiological activation of the nerve endings of these intrinsic sensory neurons is unknown but serotonin (5-hydroxytryptamine; 5-HT) could have a role.

도지엘 1형 뉴런은 

기계 감각적이며 기능적으로 내부 뉴런으로 확인되었습니다. 

이 뉴런은 또한 원형 근육으로 가는 미세한 신경 돌기를 가지고 있어 

스트레치 민감도와 원형 근육층과의 연결을 촉진할 수 있습니다. 

도지엘 유형 II 뉴런은 

점막으로 돌기가 돌출되어 있습니다. 

또한 원형 근육층으로 미세한 돌기가 돌출되어 있는 것으로 나타났습니다.

 이러한 고유 감각 뉴런의 신경 종말의 생리적 활성화에서 

엔테로크로마핀(EC) 세포의 기능적 역할은 알려져 있지 않지만 

세로토닌(5-하이드록시트립타민; 5-HT)이 역할을 할 수 있습니다.

Our understanding of the mechanisms underlying mechanotransduction of intestinofugal neurons in the ENS has progressed, although their precise functional role in the body remains somewhat mysterious. Intestinofugal neurons are neurons with cell bodies in the gut wall, typically in the myenteric plexus, which have axon projections out of the gut wall to sympathetic neurons in prevertebral ganglia (Fig.2&3)81,82. When activated by mechanical stimulation of the gut, these neurons give off fast synaptic potentials82–85 and sometimes slow86 synaptic potentials in sympathetic neurons. The current belief is that when intestinofugal neurons are activated in the ENS, they probably function to cause increased sympathetic inhibition of gut motility, via noradrenergic neurons in prevertebral ganglia. To support this theory, there is clear experimental evidence that when one segment of colon is distended, extrinsic sympathetic reflex pathways can inhibit neighboring isolated segments of colon in an organ bath87.

In contrast to what is known about intrinsic sensory neurons in the ENS, which directly respond to chemical or mechanical stimuli without any synaptic transmission28,70, intestinofugal neurons in the distal colon81–83,85 and proximal colon84 are largely second order neurons that are activated indirectly (Fig.3), by fast synaptic inputs from other enteric neurons that do respond directly to sensory stimuli81–85.

However, in both regions of bowel, a population of intestinofugal neurons seem to be directly responsive to mechanical stimuli, since blockade of synaptic transmission in the colon does not prevent distension-activated firing of these neurons83,84. It is known that intestinofugal neurons, at least in the distal colon of laboratory animals, are potently activated by changes in circumferential stretch, but do not respond to longitudinal stretch88. Curiously, this finding is in direct contrast to the mechanotransduction of spinal afferent endings in the colon (whose cell bodies lie outside the gut wall, in dorsal root ganglion (DRG)), which are potently activated by both circumferential and longitudinal stretch89. At present, what is known about mechanosensation of intestinofugal neurons in the colon88,90 is similar to our current knowledge of intrinsic sensory neurons in the colon, in so much as is they are both largely insensitive to changes in muscle tension71,88. That is, paralysis of smooth muscle contraction and reducing muscle tone or tension in the colon of laboratory animals has no detectable effect on stretch-activated firing of either class of enteric neuron70,82,88.

ENS에서

장편 신경세포의 기계전달의 기본 메커니즘에 대한 이해가 진전되었지만,

신체에서 장편 신경세포의 정확한 기능적 역할은 여전히 미스터리로 남아 있습니다.

장내 뉴런은 장 벽,

일반적으로 장 신경총에 세포체가 있는 뉴런으로,

장 벽에서 척추 전 신경절의 교감 뉴런으로 축삭 돌기를 가지고 있습니다(그림 2&3)81,82.

장의 기계적 자극에 의해 활성화되면

이러한 뉴런은 교감 신경세포에서 빠른 시냅스 전위82-85와

때로는 느린 시냅스 전위86를 발산합니다.

현재 학설에 따르면

장운동 뉴런이 ENS에서 활성화되면

척추 신경절의 노르아드레날린성 뉴런을 통해

장 운동의 교감 억제 기능을 증가시키는 것으로 추정됩니다.

이 이론을 뒷받침하는 명확한 실험적 증거가 있는데,

대장의 한 부분이 확장되면 외인성 교감 반사 경로가

장기 욕조에서 인접한 고립된 대장 부분을 억제할 수 있다는 것입니다87 .

시냅스 전달 없이

화학적 또는 기계적 자극에 직접 반응하는 ENS의 내재성 감각 뉴런에 대해 알려진 것과는 대조적으로28,70,

원위 결장81-83,85 및 근위 결장84 의 장내 뉴런은

대부분 감각 자극에직접 반응하는 다른 장 신경세포의 빠른 시냅스 입력에 의해

간접적으로 활성화되는 2차 뉴런입니다81 -85.

그러나 대장의 시냅스 전달을 차단해도 이러한 뉴런의 팽창 활성화 발화를 막지 못하기 때문에 두 영역 모두에서 장내 뉴런 집단은 기계적 자극에 직접 반응하는 것으로 보입니다83,84. 적어도 실험 동물의 원위 결장에서 장 신경 세포는 원주 신장의 변화에 의해 강력하게 활성화되지만 세로 신장에는 반응하지 않는 것으로 알려져 있습니다88. 흥미롭게도 이 발견은 원주 및 종신장 모두에 의해 강력하게 활성화되는 대장의 척추 구심성 말단(세포체가 장 벽 바깥쪽, 등근 신경절(DRG)에 위치)의 기계 전달과 직접적인 대조를 이룹니다89. 현재 대장 내 장 신경세포의 기계적 감각에 대해 알려진 것88,90 은 근육 긴장의 변화에 크게 둔감하다는 점에서 대장의 고유 감각 신경세포에 대한 현재 지식과 유사합니다71,88. 즉, 실험 동물의 대장에서 평활근 수축 마비와 근육 긴장도 또는 긴장 감소는 두 종류의 장 신경세포70,82,88 의 스트레치 활성화 발화에 감지할 수 있는 영향을 미치지 않습니다.

In addition, intestinofugal neurons actually decrease their firing during muscle contraction90,91. Miller and Szurszewski suggested that intestinofugal neurons respond primarily to changes in length, rather than as tension receptors; and function to monitor changes in intracolonic volume91. This hypothesis was based on their findings that clearly demonstrated that intestinofugal neurons increased their firing with increases in circumferential length; and decrease firing with contraction, that is when intraluminal volume decreases. Again, this aspect is vastly different from spinal afferent nerve endings that innervate the same region of colon, which show increased firing of action potentials with increases in muscle tension (under either isotonic92 or isometric conditions92–94. The ionic mechanisms underlying the transduction of mechanical and chemical stimuli of intrinsic sensory neurons in the ENS are not well understood. It is known that mechanotransduction of spinal afferent endings is very rapid involving direct mechano-gated channels and does not require exocytotic release of transmitters, since mechanotransduction persists in zero calcium solution93,95, and is not blocked by conventional stretch-activated ion channel or transient receptor potential (TRP) channel blockers95. This aspect suggests that stretch-activated ion channels involve direct physical mechanotransduction. Whether the Piezo ion channel family are involved, as they are for direct mechanotransduction of somatic afferents in skin96 awaits further study. Intestinofugal neurons can also be directly mechanically-sensitive and respond to Von Frey hair probing (Fig.3)97, confirm‎ing early suggestions that a population of these neurons can indeed be directly mechanosensitive83,84. The level to which these neurons participate in dynamic control of gastrointestinal motility remains unclear in vivo.

또한,

장피질 뉴런은 근육 수축 중에 실제로 발화를 감소시킵니다90,91.

밀러와 슈르제브스키는

장신경이 긴장 수용체로서가 아니라

주로 길이의 변화에 반응하며,

콜론 내 용적의 변화를 모니터링하는 기능을 한다고 제안했습니다91.

이 가설은

장신경세포가 둘레 길이가 증가하면

발화를 증가시키고, 수

축, 즉 대장 내 용적이 감소하면 발화를 감소시킨다는 사실을 명확하게 입증한 연구 결과에 근거한 것입니다.

다시 말하지만, 이러한 양상은

근육 긴장이 증가하면 (등장성92 또는 등척성 조건에서92-94) 활동 전위의 발화가 증가하는

대장의 동일한 부위를 자극하는 척추 구심성 신경 종말과는 크게 다릅니다.

ENS에서 내재적 감각 뉴런의 기계적 및 화학적 자극 전달의 기본이 되는 이온 메커니즘은 잘 알려져 있지 않습니다.

척추 구심성 종말의 기계 전달은

직접적인 기계 게이트 채널을 포함하는 매우 빠른 것으로 알려져 있으며,

기계 전달은 제로 칼슘 용액93,95 에서 지속되고

기존의 스트레치 활성화 이온 채널 또는 일시적 수용체 전위 (TRP) 채널 차단제에 의해 차단되지 않기 때문에

전달 물질의 세포 외 방출이 필요하지 않습니다95 .

이러한 양상은

스트레치 활성화 이온 채널이 직접적인 물리적 기계 전달을 포함한다는 것을 시사합니다.

피에조 이온 채널 계열이 피부에서

체성 구심체의 직접적인 기계 전달에 관여하는지 여부96는

추가 연구를 기다리고 있습니다.

장내 뉴런은 또한 직접 기계적으로 민감할 수 있으며

폰 프레이 헤어 프로빙에 반응합니다(그림 3)97,

이러한 뉴런의 집단이

실제로 직접 기계적으로 민감할 수 있다는 초기 제안을 확인했습니다83,84.

이러한 뉴런이 위장 운동의 동적 제어에

어느 정도 관여하는지는 생체 내에서 불분명합니다.

Generation of neurogenic motor patterns

There have been some important advances in our understanding of the intrinsic neuronal mechanisms and pathways that underlie distension-evoked peristalsis. Originally, in the 1950s, work from Edith Büllbring’s laboratory suggested that the release of 5-HT from the mucosa was important for distension-evoked peristalsis to occur, findings that were largely based on the observation that endogenous 5-HT was released when peristalsis occurred and that exogenous 5-HT could also elicit peristalsis98–100. Indeed, since then, others had also proposed that endogenous 5-HT release from the mucosa had an essential role in the generation of colonic peristalsis101,102 or colonic migrating motor complexes (CMMCs)103. Since 5-HT antagonists also could block these motor patterns in the colon of laboratory animals101,102, there seemed to be a compelling case that endogenous 5-HT was important for distension-evoked peristalsis to occur. This notion was contradicted in the past decade when a selective small molecule inhibitor of the enzyme tryptophan hydroxylase-1 (TPH-1) was given to conscious mice to selectively block synthesis of mucosal 5-HT104. This drug was found to have no effect on gastric emptying, colonic transit or overall gastrointestinal-transit times, raising doubts about earlier suggestions that mucosal 5-HT was an essential player in gastrointestinal motility104. In support of these findings, work by105 showed that in conscious mice genetic ablation of the gene Tph1 also had no changes in gastrointestinal transit in vivo105 and CMMCs still occurred15,106,107. Real-time amperometric recordings of 5-HT release have provided powerful insights into the role of mucosal 5-HT release. Studies showed that release of endogenous 5-HT that occurred at the same time as peristalsis or CMMCs was actually a consequence of the contraction underlying peristalsis108 and not the underlying cause of peristalsis or CMMCs109.

Although pharmacological or genetic blockage of mucosal 5-HT synthesis does not reduce gastrointestinal transit in vivo, studies have shown that inhibitors of serotonin reuptake cause a reduction in the threshold to elicit propulsive contractions in the small intestine of guinea-pigs110. It was concluded that background release of endogenous 5-HT from the mucosa alone is inadequate to modify the threshold for propulsive motor activity. However, if exogenous 5-HT was applied to the lumen, or there was increased release of endogenous 5-HT this was found to lower the threshold of propulsive contractions in the small bowel of guinea-pigs, which was mediated by 5-HT3 and 5-HT4 receptors110. Indeed, others had shown some time ago that mucosally-applied 5-HT reduces the threshold for peristalsis in the small intestine of guinea-pigs, that is likely mediated by the 5-HT3 receptor located on the mucosal, but not serosal surface of the bowel111. This aspect was determined when 5-HT3 antagonists affected peristaltic threshold when luminally applied, but not serosally-applied111. These findings supported earlier studies that showed distension-evoked peristalsis and the propulsion of natural fecal content did not cease when the mucosa was removed and all dynamic release of endogenous 5-HT from the mucosa was prevented112, leading to the conclusion that the mechanotransduction process underlying distension-evoked colonic peristalsis by natural fecal pellets required only the myenteric plexus and smooth muscle layers112,113. Similar results were obtained in the small intestine, where peristalsis was still shown to occur in intact isolated preparations where the mucosa and submucosa had been dissected away114.

Taken together, these findings led to the inescapable conclusion that distension-evoked peristalsis involved an intrinsic neural reflex circuit in the myenteric plexus, whose stretch receptors must have been located outside the mucosa. The only remaining possibility was that the distension-evoked circuit lay in the myenteric plexus114. Further studies in the colon showed that the mechanosensory transduction process required for activation of distension-evoked ascending excitatory and descending inhibitory nerve pathways (at least in the colon) was critically dependent upon connectivity between the circular muscle and myenteric ganglia115;. Removal of the circular muscle prevented distension-evoked ascending excitatory and descending inhibitory pathways, but removal of the longitudinal muscle from the myenteric plexus did not reduce mechanotransduction115. In addition, removal of the circular muscle from the myenteric plexus abolished the vast majority of ongoing fast synaptic potentials in the ENS of the distal colon116, but removal of the longitudinal muscle did not70. One possibility is that intrinsic sensory neurons in the colon have fine nerve projections that lie in the circular muscle layer that are length-sensitive and these are destroyed when the circular layer is removed. Indeed, both Dogiel type II neurons70,117 and mechanosensitive Dogiel type I neurons have been shown to have fine processes in the circular muscle70.

Compelling evidence exists that populations of enteroendocrine cells in the gut are mechanosensitive and can release high quantities of 5-HT108,118,119. However, evidence from various laboratories has shown that this release of 5-HT is not required to initiate distension-evoked peristalsis, nor does it seem to be required for normal orderly transit of content in vivo17,104,105,113. There is no doubt that large quantities of 5-HT can be released into the blood stream in response to distension (much of which is taken up by platelets120). However, the final concentration of 5-HT that reaches the target effector cells is unclear. A major focus of future research will be to unravel the functional role of enteroendocrine cells in living animals. Indeed, there is evidence for major changes in expression‎ of the serotonin reuptake transporter and increased expression‎ of mucosal 5-HT in mammals with inflammatory bowel disease and it is possible that endogenous 5-HT is largely responsible for the changes in ENS excitability only in disease states121,122.

Direct recordings from isolated enterochromaffin (EC) cells revealed they are indeed electrically excitable119,123–125 and express major ion channels for the generation of action potentials108,118,119,124,125. This expression‎ includes L-Type Ca2+ channels, which are essential for contraction or distension-evoked release of 5-HT108,118.

The identification of the mechanosensitive ion channels that underlie distension-evoked neurogenic motor patterns in the gut, such as peristalsis, is of major interest, in particular the Piezo family of mechano-gated ion channels and their role in stretch-evoked reflexes in visceral organs such as the gut126,127. A study published in 2018 has shown that in guinea-pig intestine, the mechanosensitive ion channel Piezo 1 is expressed in enteric nitrergic and some cholinergic enteric neurons, whereas Piezo 2 was rarely expressed in any enteric neurons128. We wait with excitement to learn if Piezo channels are involved in the stretch-activation of peristalsis. Interestingly, (EC cells have been shown to express the mechanosensitive ion channel Piezo 2, which is located in close apposition to vesicles containing serotonin119. These studies also showed that mechanical sensitivity of a subset of isolated EC cells relies on Piezo 2 ion channels125. This finding could be important because this channel has emerged as a major player in mechanotransduction in Merkel cells in skin to modulate the conversion of touch into itch sensation96. Also, studies suggest that some population of enteroendocrine cells also make synaptic-like connections with vagal afferent endings129, very much like the Merkel cell-neurite complex in the skin. It was concluded from these studies that synaptically released glutamate is used by an epithelial sensor cell in the gut to rapidly transduce luminal stimuli to the CNS129.

There are major differences in mechanotransduction processes that convert mechanical distension of the small intestine and colon into neurogenic motor patterns. In the small intestine, the mechanisms underlying distension-evoked peristalsis require muscle tone or tension in the smooth muscles130. This is supported by direct recordings from intrinsic sensory neurons in the small intestine that display substantially reduced stretch-sensitivity following muscle paralysis78 (discussed earlier). By contrast, in the colon, paralysis of tone or tension in the smooth muscle has little or no effect on distension-evoked peristaltic reflex pathways131,132, nor the propagation of peristalsis133. This finding means that the sensory neurons underlying the activation of colonic peristalsis are primarily length-sensitive, rather than muscle tension or tone-sensitive. The precise ionic transduction process by which mechanical stretch activates enteric neurons in the colon to elicit peristalsis or CMMCs is not fully understood.

신경성 운동 패턴의 생성

팽창 유발 연동 운동의 근간이 되는 본질적인 신경 메커니즘과 경로에 대한 이해에 중요한 진전이 있었습니다. 원래 1950년대에 에디트 뷜브링(Edith Büllbring)의 연구실에서는 점막에서 5-HT가 방출되는 것이 팽창성 연동 운동이 발생하는 데 중요하다고 제안했는데, 이는 주로 연동 운동이 발생할 때 내인성 5-HT가 방출되고 외인성 5-HT도 연동 운동을 유발할 수 있다는 관찰에 근거한 결과였습니다98-100. 실제로 그 이후 다른 연구자들도 점막에서 내인성 5-HT 방출이 대장 연동운동101,102 또는 대장 이동 운동 복합체(CMMC)103 의 생성에 필수적인 역할을 한다고 제안했습니다. 5-HT 길항제는 실험 동물의 결장에서 이러한 운동 패턴을 차단할 수 있기 때문에101,102, 내인성 5-HT가 팽창 유발 연동 운동이 발생하는 데 중요하다는 강력한 사례가 있는 것처럼 보였습니다. 이러한 개념은 지난 10년 동안 효소 트립토판 하이드 록실라 제-1(TPH-1)의 선택적 저분자 억제제를 의식이 있는 마우스에 투여하여 점막 5-HT104 의 합성을 선택적으로 차단했을 때 모순되었습니다. 이 약물은 위 배출, 대장 통과 또는 전반적인 위장관 통과 시간에 영향을 미치지 않는 것으로 밝혀져 점막 5-HT가 위장관 운동에 필수적인 역할을 한다는 이전의 제안에 의문을 제기했습니다104 . 이러한 결과를 뒷받침하는 연구105에 따르면 의식이 있는 생쥐에서 Tph1 유전자를 제거해도 생체 내 위장관 통과에 변화가 없었으며105, CMMC는 여전히 발생했습니다15,106,107. 5-HT 방출에 대한 실시간 전류 측정 기록은 점막 5-HT 방출의 역할에 대한 강력한 통찰력을 제공했습니다. 연구에 따르면 연동운동 또는 CMMC와 동시에 발생하는 내인성 5-HT의 방출은 실제로 연동운동 또는 CMMC의 근본 원인이 아니라 연동운동의 기저에 있는 수축의 결과108 인 것으로 나타났습니다109.

점막 5-HT 합성의 약리적 또는 유전적 차단이 생체 내 위장관 통과를 감소시키지는 않지만, 연구에 따르면 세로토닌 재흡수 억제제가 기니피그의 소장에서 추진성 수축을 유도하는 역치를 감소시키는 것으로 나타났습니다110 . 점막에서 내인성 5-HT의 배경 방출만으로는 추진성 운동 활동의 역치를 수정하기에 불충분하다는 결론을 내렸습니다. 그러나 외인성 5-HT가 내강에 적용되거나 내인성 5-HT의 방출이 증가하면 5-HT3 및 5-HT4 수용체에 의해 매개되는 기니피그 소장에서 추진성 수축의 역치가 낮아지는 것으로 밝혀졌습니다110 . 실제로 다른 연구자들은 얼마 전에 점막에 도포한 5-HT가 기니피그 소장의 연동운동 역치를 감소시키는데, 이는 장의 혈청 표면이 아닌 점막에 위치한 5-HT3 수용체에 의해 매개되는 것으로 보인다고 밝힌 바 있습니다111. 이러한 양상은 5-HT3 길항제가 발광을 가했을 때 연동 역치에 영향을 미쳤지만 혈청을 적용했을 때는 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었습니다111 . 이러한 결과는 점막을 제거하고 점막에서 내인성 5-HT의 모든 동적 방출을 막았을 때 팽창 유발 연동 운동과 자연 분변 함량의 추진이 중단되지 않는다는 초기 연구를 뒷받침했습니다112 , 자연 분변 알갱이에 의한 팽창 유발 대장 연동 운동의 기저에있는 기계 전달 과정은 장 신경총과 평활근 층 만 필요하다는 결론으로 이어졌습니다112 ,113. 소장에서도 유사한 결과를 얻었는데, 점막과 점막하층이 절개된 온전한 분리 제제에서 연동 운동이 여전히 발생하는 것으로 나타났습니다114.

이러한 결과를 종합하면,

팽창에 의한 연동 운동은

장 신경총의 내재적 신경 반사 회로와 관련이 있으며,

이 회로의 신장 수용체는 점막 외부에 위치해야 한다는 피할 수 없는 결론에 도달하게 됩니다.

남은 유일한 가능성은

팽창 유발 회로가 장 신경총에 있다는 것이었습니다114.

결장에서의 추가 연구에 따르면

팽창 유발 상승 흥분 및 하강 억제 신경 경로의 활성화에 필요한

기계 감각 전달 과정은 (적어도 결장에서)

원형 근육과 장 신경절 사이의 연결에 결정적으로 의존하는 것으로 나타났습니다115;.

원형 근육을 제거하면

팽창으로 인한 상승 흥분 및 하강 억제 경로를 예방할 수 있었지만

장 신경총에서 세로 근육을 제거해도 기계 전달이 감소하지 않았습니다115 .

또한,

장 신경총에서 원형 근육을 제거하면

원위 결장의 ENS에서 진행중인 대부분의 빠른 시냅스 전위가 폐지되었지만116,

세로 근육을 제거하면 그렇지 않았습니다70.

한 가지 가능성은

결장의 고유 감각 뉴런이 길이에 민감한 원형 근육층에 있는 미세한 신경 돌기를 가지고 있으며 원형 근육층을 제거하면 이러한 돌기가 파괴된다는 것입니다. 실제로, 도지엘 II형 뉴런70,117 과 기계 민감성 도지엘 I형 뉴런 모두 원형 근육에 미세한 돌기가 있는 것으로 나타났습니다70.

장내 내분비 세포 집단이 기계에 민감하며

다량의 5-HT108,118,119 를 방출할 수 있다는 강력한 증거가 존재합니다.

그러나 여러 실험실에서 나온 증거에 따르면 이러한 5-HT의 방출은 팽창 유발 연동 운동을 시작하는 데 필요하지 않으며 생체 내에서 내용물의 정상적인 질서 있는 이동에도 필요하지 않은 것으로 보입니다17,104,105,113.

팽창에 반응하여

다량의 5-HT가 혈류로 방출될 수 있다는 것은

의심의 여지가 없습니다(대부분 혈소판에 의해 흡수됨120).

그러나 표적 이펙터 세포에 도달하는 5-HT의 최종 농도는 불분명합니다. 향후 연구의 주요 초점은 살아있는 동물에서 장내분비 세포의 기능적 역할을 밝히는 것입니다. 실제로 염증성 장 질환이 있는 포유류에서 세로토닌 재흡수 수송체의 발현이 크게 변화하고 점막 5-HT의 발현이 증가한다는 증거가 있으며, 내인성 5-HT가 질병 상태에서만 ENS 흥분성의 변화를 주로 담당할 가능성이 있습니다121,122.

분리된 엔테로크로마핀(EC) 세포에서 직접 녹음한 결과, 이 세포는 실제로 전기적으로 흥분성이 있으며119,123-125 활동 전위 생성을 위한 주요 이온 채널을 발현합니다108,118,119,124,125. 이 발현에는 5-HT108,118 의 수축 또는 팽창 유발 방출에 필수적인 L-타입 Ca2+ 채널이 포함됩니다.

연동 운동과 같은 장의 팽창 유발 신경성 운동 패턴의 기초가 되는 기계 민감성 이온 채널, 특히 피에조 계열의 기계 게이트 이온 채널과 장과 같은 내장 기관의 신장 유발 반사에서의 역할을 확인하는 것이 주요 관심사입니다126,127. 2018년에 발표된 연구에 따르면 기니피그 장에서 기계감응성 이온 채널인 피에조 1은 장의 질소성 및 일부 콜린성 장 신경세포에서 발현되는 반면, 피에조 2는 장 신경세포에서 거의 발현되지 않는 것으로 나타났습니다128. 우리는 피에조 채널이 연동 운동의 신장 활성화에 관여하는지 알아낼 수 있기를 기대하며 기다리고 있습니다. 흥미롭게도, (EC 세포는 세로토닌을 함유한 소포와 가까운 위치에 있는 기계감응성 이온 채널 피에조 2를 발현하는 것으로 나타났습니다119. 이 연구는 또한 분리된 EC 세포의 하위 집합의 기계적 민감도가 피에조 2 이온 채널에 의존한다는 것을 보여주었습니다125. 이 채널은 피부의 메르켈 세포에서 촉각이 가려움증 감각으로 전환되는 것을 조절하는 기계 전달의 주요한 역할을 하기 때문에 이 발견은 중요할 수 있습니다96. 또한 일부 내분비 세포 집단은 피부의 메르켈 세포-뉴런 복합체와 매우 유사하게 미주 구심성 종말과 시냅스 유사 연결을 만든다는 연구 결과도 있습니다129. 이러한 연구를 통해 시냅스에서 방출된 글루타메이트가 장의 상피 센서 세포에 의해 내강 자극을 CNS로 빠르게 전달하는 데 사용된다는 결론을 내렸습니다129 .

소장과 결장의 기계적 팽창을 신경성 운동 패턴으로 변환하는 기계 전달 과정에는 큰 차이가 있습니다. 소장에서 팽창 유발 연동 운동의 기본 메커니즘은 평활근의 근긴장 또는 긴장을 필요로 합니다130. 이는 소장의 고유 감각 뉴런에서 근육 마비 후 스트레치 민감도가 현저히 감소하는 직접 기록에 의해 뒷받침됩니다78 (앞서 설명한 내용). 대조적으로, 대장에서는 평활근의 긴장 또는 긴장 마비가 팽창 유발 연동 반사 경로131,132 나 연동 운동의 전파133 에 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않습니다. 이 발견은 대장 연동 운동의 활성화에 기초가 되는 감각 뉴런이 주로 근육 긴장이나 톤에 민감하기보다는 길이에 민감하다는 것을 의미합니다. 기계적 스트레칭이 대장의 장 신경세포를 활성화하여 연동 운동 또는 CMMC를 유도하는 정확한 이온 전달 과정은 완전히 이해되지 않았습니다.

ENS circuits and motility patternsChemotransduction

Although endogenous 5-HT release from the mucosa is not required for normal gastrointestinal motility or transit in healthy bowel, there is evidence that endogenous 5-HT release from the mucosa can modulate ENS activity and gastrointestinal motor patterns, via particular chemosensory stimulants applied to the lumen134. For example, in the isolated small intestine, studies have suggested that endogenous 5-HT modulates activity in intrinsic neural circuits that underlies nutrient-induced segmental contractions134. Segmental contrations are different from classic peristaltic contractions in that segmental contractions have been long proposed to involve myogenic electrical rhythmicity in the smooth muscle and consist of135. In contrast, peristalsis is critically dependent upon the ENS and cannot occur when the ENS activity is absent. Interestingly, studies have shown that segmental contractions that are induced by nutrients, at least in guinea-pig small intestine, can occur when slow waves and electrical rhythmicity are not recorded136. This finding raises serious doubts about whether myogenic rhythmicity in the smooth muscle is in fact a prerequisite for segmentation to occur136. Evidence supporting the notion that serotonin and CCK released from the mucosa may be involved in segmentation was provided when nutrient induced segmentation (induced by decanoic acid) was found to be depressed when the 5-HT receptor antagonists (granisetron and SB-207266) and CCK antagonist, devazepide were applied to the lumen. It was proposed that decanoic acid activated a novel intrinsic pathway in which segmentation involves 5-HT3 and 5-HT4 receptors and CCK-1 and CCK-2 receptors134.

Potent enterotoxins, such as cholera toxin, can also potently modify gastrointestinal motility by stimulating secretomotor neurons137, leading to the release of 5-HT from enteroendocrine cells137,138. Most commonly, cholera toxin causes diarrhoea by increasing secretion of water into the intestinal lumen139. Studies have shown that cholera toxin administered into the lumen of the jejunum ex vivo can have opposing effects on distinct motor patterns. For example, in organ bath experiments using isolated segments of guinea-pig small intestine, cholera has been reported to enhance propulsive contractile activity, in the same preparation it can also suppress nutrient-induced140. It was also proposed that cholera toxin is able to stimulate more than one intrinsic neural pathway in the ENS and that the segmenting pattern and propulsive motor patterns are differentially regulated. Support for the notion that ENS activity can be modulated by agents such as cholera exposed to the lumen comes from direct intracellular recordings that have shown increased excitability of myenteric Dogiel type II neurons141, which was proposed to occur via a mechanism that involved NK3 receptors but not 5-HT3 receptors141. A particularly interesting finding was reported when cholera toxin was infused into the colon and effects on motility compared not only between male and female mice, but also between the stages of oestrus cycle in female mice. It was found that cholera toxin immediately and reversibly inhibited CMMCs in female mice that were in the oestrus stage of cycle, but not in female mice in pro-oestrus, or in male mice. The inhibitory effects of cholera toxin on CMMC frequency seemed to be mediated by the 5-HT3 receptor and EC cells, since these effects of cholera toxin were absent from female mice in which the enzyme TPH1 was genetically ablated. These investigators showed that the number of EC cells that contain 5-HT was approximately 30% higher in female mice during the oestrus stage than with female mice in the pro-oestrus stage, or in male mice15. Taken together, while mutation of the gene Tph1 that synthesizes mucosal 5-HT does not lead to changes in gastrointestinal transit in vivo in mice, there is still evidence that chemosensory activation of the mucosa can lead to changes in ENS circuits via 5-HT receptors and possibly EC cells. In support of the notion that intrinsic sensory neurons can also respond to chemosensory stimuli, direct recordings from Dogiel type II neurons have shown that these neurons do respond to electrical stimuli of the mucosa142 or chemical stimulation of the mucosa with 5-HT or acetate79.

ENS 회로 및 운동성 패턴화학전달

점막에서 내인성 5-HT 방출은 건강한 장의 정상적인 위장 운동이나 통과에 필요하지 않지만, 점막에서 내인성 5-HT 방출이 내강에 적용되는 특정 화학감각 자극제를 통해 ENS 활동과 위장 운동 패턴을 조절할 수 있다는 증거가 있습니다134. 예를 들어, 분리된 소장에서 내인성 5-HT가 영양분으로 인한 분절 수축의 기초가 되는 내재적 신경 회로의 활동을 조절한다는 연구 결과가 있습니다134 . 분절 수축은 평활근의 근성 전기적 리듬을 포함하는 것으로 오랫동안 제안되어 왔으며135 로 구성된다는 점에서 고전적인 연동 수축과는 다릅니다. 이와는 대조적으로 연동 운동은 ENS에 크게 의존하며 ENS 활동이 없을 때는 연동 운동이 일어나지 않습니다. 흥미롭게도, 연구에 따르면 적어도 기니피그 소장에서 영양분에 의해 유도되는 분절 수축은 느린 파동과 전기적 리듬성이 기록되지 않을 때 발생할 수 있습니다136. 이 발견은 평활근의 근성 리듬성이 실제로 분절이 발생하기 위한 전제 조건인지에 대해 심각한 의문을 제기합니다136 . 점막에서 방출되는 세로토닌과 CCK가 분절에 관여할 수 있다는 개념을 뒷받침하는 증거는 5-HT 수용체 길항제(granisetron 및 SB-207266)와 CCK 길항제인 데바제피드를 내강에 적용했을 때 영양소 유도 분절(데카노산으로 유도)이 억제되는 것으로 밝혀졌을 때 제공되었습니다. 데카노산이 5-HT3 및 5-HT4 수용체와 CCK-1 및 CCK-2 수용체를 포함하는 새로운 내재적 경로를 활성화하는 것으로 제안되었습니다134.

콜레라 독소와 같은 강력한 장독소도 분비 운동 뉴런을 자극하여 위장관 운동성을 강력하게 변화시켜137 , 장내분비 세포에서 5-HT를 방출하게 합니다137 ,138. 가장 일반적으로 콜레라 독소는 장 내강으로의 수분 분비를 증가시켜 설사를 유발합니다139. 연구에 따르면 콜레라 독소를 생체 외로 공장 내강에 투여하면 뚜렷한 운동 패턴에 상반된 영향을 미칠 수 있는 것으로 나타났습니다. 예를 들어, 기니피그 소장의 분리된 부분을 사용한 장기 배양 실험에서 콜레라는 추진성 수축 활동을 향상시키는 것으로 보고되었으며, 동일한 제제에서 영양분으로 유발된 운동도 억제할 수 있습니다140. 또한 콜레라 독소가 ENS에서 하나 이상의 고유 신경 경로를 자극할 수 있으며, 세그먼트 패턴과 추진성 운동 패턴이 차별적으로 조절된다는 사실도 제안되었습니다. 내강에 노출된 콜레라와 같은 약제에 의해 ENS 활동이 조절될 수 있다는 개념은 장내 도길 II형 뉴런141 의 흥분성이 증가한 것으로 나타난 직접 세포 내 기록에서 뒷받침되며, 이는 5-HT3 수용체가 아닌 NK3 수용체를 포함하는 메커니즘을 통해 발생하는 것으로 제안되었습니다141. 특히 흥미로운 발견은 콜레라 독소를 결장에 주입했을 때 운동성에 미치는 영향을 암컷과 수컷 쥐뿐만 아니라 암컷 쥐의 발정 주기 단계별로 비교한 결과였습니다. 그 결과 콜레라 독소는 발정 단계에 있는 암컷 생쥐의 CMMC를 즉각적이고 가역적으로 억제했지만, 발정 전 단계에 있는 암컷 생쥐나 수컷 생쥐에서는 억제하지 못하는 것으로 밝혀졌습니다. 콜레라 독소가 CMMC 빈도에 미치는 억제 효과는 5-HT3 수용체와 EC 세포에 의해 매개되는 것으로 보였는데, 이는 콜레라 독소의 이러한 효과가 효소 TPH1이 유전적으로 제거된 암컷 마우스에서는 나타나지 않았기 때문입니다. 이 연구자들은 5-HT를 함유하는 EC 세포의 수가 발정 전 단계의 암컷 쥐나 수컷 쥐에 비해 발정 단계의 암컷 쥐에서 약 30% 더 많다는 것을 보여주었습니다15. 종합하면, 점막 5-HT를 합성하는 유전자 Tph1의 돌연변이가 생쥐의 생체 내 위장관 통과에 변화를 일으키지는 않지만, 점막의 화학감각 활성화가 5-HT 수용체와 EC 세포를 통해 ENS 회로에 변화를 일으킬 수 있다는 증거는 여전히 존재합니다. 고유 감각 뉴런도 화학 감각 자극에 반응할 수 있다는 개념을 뒷받침하는 도지엘 유형 II 뉴런의 직접 기록에 따르면 이러한 뉴런은 점막의 전기 자극142 또는 5-HT 또는 아세테이트로 점막의 화학 자극79 에 반응하는 것으로 나타났습니다.

Neurotransmitters in the ENS

Despite the large number of different neurochemicals synthesized in the different classes of enteric neurons26, most neurochemicals shown to be expressed and synthesized in the ENS have not been demonstrated to behave as neurotransmitters. It is well established that the major excitatory neurotransmitter underlying enteric neuro-neuronal (a synaptic junction between two neurons) transmission is acetylcholine acting on nicotinic receptors on enteric neurons63,64. In most species, blockade of nicotinic transmission abolishes all fast synaptic neurotransmission17,143,144. In a smaller population of neurons, there is evidence that after nicotinic receptor blockade, adenosine triphosphate (ATP) acts on P2X receptors and serotonin acts on 5-HT3 receptors to elicit fast excitatory postsynaptic potentials145. Interestingly, while glutamate is a major fast excitatory neurotransmitter in the CNS146, evidence for glutamate as a neurotransmitter in the ENS is poor147. Indeed, glutamatergic receptors are expressed in some enteric neurons, but electrophysiological studies have found the evidence for glutamate as a neurotransmitter in the ENS is weak or absent148. Interestingly, a recent study using calcium imaging from myenteric neurons in mouse colon suggested that endogenous glutamate may mediate part of the slow EPSP, particularly in neurons that express calbindin149.

In addition to fast excitatory postsynaptic potential (EPSPs) in the ENS147, there is sound evidence for the existence of slow EPSPs in myenteric neurons. ATP has been shown to mediate slow EPSPs via P2Y1 receptors and there is also compelling evidence that tachykinins can mediate slow EPSPs in myenteric neurons via the NK1 receptor150–153. In the submucosal plexus, there is evidence that acetylcholine, ATP and 5-HT mediate fast synaptic transmission mediated by nicotinic, P2X and 5-HT3 receptors152. In addition, ATP can mediate an intermediate and slow EPSP in some submucosal neurons152 and 5-HT can also mediate some slow EPSPs in myenteric neurons via an action on the 5-HT7 receptor154.

Interestingly, in addition to a role for ATP as an excitatory enteric neuroneuronal transmitter in the ENS, ATP can mediate the fast inhibitory junction potential at the neuromuscular junction in gastrointestinal smooth muscle155. It has been argued that β-nicotinamide adenine dinucleotide (β-NAD) is the inhibitory neurotransmitter instead of ATP at neuromuscular junctions in gastrointestinal smooth muscle156,157. However, this stance has not been accepted by all groups and other explanations have been proposed158,159. For example, others have not been able to find evidence for a physiological role of β-NAD acting on receptors on the smooth muscle to cause inhibitory neurotransmission158. Also, others have demonstrated credible evidence that β-NAD can act prejunctionally by acting on adenosine A1 receptors to suppress the release of neurotransmitters at neuromuscular junctions; and this could account for reduced inhibitory neuromuscular transmission158. Hence, the notion that β-NAD is an inhibitory neurotransmitter is equivocal.

Compelling evidence indicates that vasoactive intestinal peptide (VIP) is a major inhibitory neurotransmitter released from secretomotor neurons160,161. Indeed, evidence suggests that 5-HT1A, SST1 and SST2 receptors mediate nonadrenergic inhibitory postsynaptic potentials (IPSPs) in the noncholinergic (VIP) secretomotor neurons162. GABAc receptors can also modulate synaptic transmission in the myenteric plexus, which was demonstrated when calcium transients elicited by brief trains of electrical stimuli were actually enhanced by antagonists of GABAc receptors in isolated mouse small intestine163. At present, there is no direct evidence that endogenous GABA is released following electrical stimulation of the ENS to elicit a synaptic potential in myenteric neurons. Interestingly, there is evidence that approximately one third of cell bodies in the myenteric plexus that are immunoreactive to GABA are also cholinergic. However, less than 5% of cholinergic neurons also contain GABA164.

ENS의 신경전달물질

다양한 종류의 장 신경세포에서 다양한 신경화학물질이 합성되지만26, ENS에서 발현 및 합성되는 것으로 알려진 대부분의 신경화학물질은 신경전달물질로 작용하는 것으로 입증되지 않았습니다. 장 신경 뉴런(두 뉴런 사이의 시냅스 접합부) 전달의 근간이 되는 주요 흥분성 신경전달물질은 장 뉴런의 니코틴 수용체에 작용하는 아세틸콜린이라는 것이 잘 알려져 있습니다63,64. 대부분의 종에서 니코틴 전달의 봉쇄는 모든 빠른 시냅스 신경 전달을 폐지합니다17,143,144. 더 적은 수의 뉴런 집단에서는 니코틴 수용체 차단 후 아데노신 삼인산(ATP)이 P2X 수용체에 작용하고 세로토닌이 5-HT3 수용체에 작용하여 빠른 흥분성 시냅스 후 전위를 유도한다는 증거가 있습니다145. 흥미롭게도 글루타메이트는 CNS의 주요 빠른 흥분성 신경전달물질이지만146, ENS의 신경전달물질로서 글루타메이트에 대한 증거는 부족합니다147. 실제로 글루타메이트 수용체는 일부 장 신경세포에서 발현되지만, 전기생리학 연구에 따르면 ENS에서 신경전달물질로서 글루타메이트에 대한 증거는 약하거나 부재한 것으로 밝혀졌습니다148. 흥미롭게도 최근 마우스 결장의 장 신경세포에서 칼슘 영상을 이용한 연구에 따르면 내인성 글루타메이트가 특히 칼빈딘을 발현하는 신경세포에서 느린 EPSP의 일부를 매개할 수 있다고 합니다149 .

ENS147 의 빠른 흥분성 시냅스 후 전위(EPSP) 외에도 장 신경세포에 느린 EPSP가 존재한다는 확실한 증거가 있습니다. ATP는 P2Y1 수용체를 통해 느린 EPSP를 매개하는 것으로 나타났으며, 타키키닌이 NK1 수용체150-153 를 통해 장 신경세포에서 느린 EPSP를 매개할 수 있다는 강력한 증거도 있습니다. 점막하 신경총에서는 아세틸콜린, ATP 및 5-HT가 니코틴, P2X 및 5-HT3 수용체에 의해 매개되는 빠른 시냅스 전달을 매개한다는 증거가 있습니다152. 또한 ATP는 일부 점막하 뉴런에서 중간 및 느린 EPSP를 매개할 수 있으며152 5-HT는 5-HT7 수용체에 대한 작용을 통해 내장 뉴런에서 일부 느린 EPSP를 매개할 수도 있습니다154.

흥미롭게도, ATP는 ENS에서 흥분성 장 신경 전달 물질로서의 역할 외에도 위장 평활근의 신경근 접합부에서 빠른 억제 접합 전위를 매개할 수 있습니다155. β-니코틴 아미드 아데닌 디뉴클레오티드(β-NAD)가 위장관 평활근의 신경근 접합부에서 ATP 대신 억제성 신경 전달 물질이라는 주장이 제기되었습니다156,157. 그러나 이러한 입장은 모든 그룹에서 수용되지 않았으며 다른 설명이 제안되었습니다158,159. 예를 들어, 다른 사람들은 평활근의 수용체에 작용하여 신경 전달을 억제하는 β-NAD의 생리적 역할에 대한 증거를 찾지 못했습니다158 . 또한, β-NAD가 아데노신 A1 수용체에 작용하여 신경근 접합부에서 신경전달물질의 방출을 억제함으로써 전접합적으로 작용할 수 있으며, 이것이 억제성 신경근 전달 감소를 설명할 수 있다는 믿을 만한 증거를 입증한 연구도 있습니다158. 따라서 β-NAD가 억제성 신경전달물질이라는 개념은 모호합니다.

혈관 활성 장 펩타이드(VIP)가 분비 운동 뉴런에서 방출되는 주요 억제 신경 전달 물질이라는 강력한 증거가 있습니다160,161. 실제로 5-HT1A, SST1 및 SST2 수용체가 비콜린성(VIP) 분비 운동 뉴런에서 비아드레날린성 억제 시냅스 후 전위(IPSP)를 매개한다는 증거가 제시되고 있습니다162. GABAc 수용체는 또한 장 신경총에서 시냅스 전달을 조절할 수 있으며, 이는 분리된 마우스 소장에서 짧은 전기 자극에 의해 유도된 칼슘 과도 현상이 실제로 GABAc 수용체의 길항제에 의해 강화될 때 입증되었습니다163. 현재로서는 내인성 GABA가 ENS의 전기 자극 후 방출되어 장 신경세포에서 시냅스 전위를 유도한다는 직접적인 증거는 없습니다. 흥미롭게도, 장 신경총에 있는 세포체의 약 1/3이 GABA에 면역 반응한다는 증거가 있습니다. 그러나 콜린성 뉴런의 5% 미만도 GABA164 를 함유하고 있습니다.

ENS circuitry during neurogenic motility patterns

Although it is well accepted that activity from the ENS is required for the generation of neurogenic motility patterns in the small intestine165 and colon5,11,102,130,133,166–168, one of the great mysteries of the ENS has been how such a large population of individual neurons are temporally activated over large distances to cause the propulsion of content. Understanding how the ENS is physiologically activated as an intact neural network during healthy conditions is essential if we are to fully understand the aetiology of neurogenic disorders of the ENS. Important advances have been made in this area.

It has been found that there is a distinct clustering of clonally related enteric neurons in the ENS. This important observation led to the suggestion that in the small intestine the ENS develops from postmigratory neural crest-derived progenitors which form overlapping clonal units169. A major finding of this study was that it revealed that enteric neurons that are clonally-related generate synchronous activity following local stimulation of internodal strands. This suggests the presence of an underlying hard-wired circuit, such that large populations of enteric neurons can be synaptically activated at the same time (Fig.5). Consistent with this discovery, another study showed that during neurogenic CMMCs that propagated along the colon, the ENS generated a highly organized, rhythmic firing pattern that involved the simultaneous synaptic recruitment of many thousands of myenteric inhibitory and excitatory neurons at the same time170. This fundamental polarized neural circuit involved the convergence and synaptic recruitment of ascending and descending interneurons (Fig.5). This firing pattern occurred at ~2Hz that led to rhythmic depolarisations (EJPs) and hyperpolarisations (IJPs) in the smooth muscle at the same rate170. As the faecal content had propelled along the bowel, past the site of imaging, these neurons became temporally less correlated into a ‘desynchronized state’17,170. Another study using neuronal imaging and tracing from the large intestine have shown topographic differences in the enteric neuronal wiring patterns between the proximal and distal colon171. An ascending inhibitory myenteric pathway exists in the proximal colon, which was driven by nicotinic transmission. Interestingly, this phenomenon was not identified in the distal colon171. Taken together, there is sound evidence for local changes in the neuronal circuits along the full length of colon which may be related to the differences in motility requirements of these different regions.

신경인성 운동 패턴 중 ENS 회로

소장165 및 대장5,11,102,130,133,166-168 에서 신경인성 운동 패턴을 생성하는 데 ENS의 활동이 필요하다는 것은 잘 알려져 있지만, ENS의 큰 미스터리 중 하나는 개별 뉴런의 대규모 집단이 어떻게 먼 거리에 걸쳐 일시적으로 활성화되어 내용물의 추진을 유발하는가 하는 점입니다. 건강한 상태에서 ENS가 온전한 신경 네트워크로서 생리적으로 어떻게 활성화되는지 이해하는 것은 ENS의 신경원성 장애의 원인을 완전히 이해하려면 필수적입니다. 이 분야에서 중요한 진전이 이루어졌습니다.

ENS에는 클론적으로 관련된 장 신경세포가 뚜렷하게 클러스터링되어 있는 것으로 밝혀졌습니다. 이 중요한 관찰은 소장에서 ENS가 중복되는 클론 단위를 형성하는 이동 후 신경 볏 유래 전구세포에서 발달한다는 제안으로 이어졌습니다169. 이 연구의 주요 발견은 클론적으로 관련된 장 신경세포가 내배엽 가닥의 국소 자극에 따라 동기적인 활동을 생성한다는 사실을 밝혀냈다는 것입니다. 이는 장 신경세포의 대규모 집단이 동시에 시냅스적으로 활성화될 수 있는 근본적인 하드 와이어 회로의 존재를 시사합니다(그림 5). 이 발견과 일치하는 또 다른 연구에 따르면 결장을 따라 전파되는 신경성 CMMC 동안 ENS는 수천 개의 장 억제 및 흥분성 뉴런의 동시 시냅스 모집을 포함하는 고도로 조직화된 리드미컬한 발화 패턴을 생성하는 것으로 나타났습니다170. 이 근본적인 분극 신경 회로는 상승 및 하강 신경세포의 수렴과 시냅스 모집을 포함합니다(그림 5). 이 발화 패턴은 ~2Hz에서 발생하여 평활근의 리듬성 탈분극(EJP)과 과분극(IJP)을 같은 속도로 유도했습니다170. 대변이 장을 따라 이동하여 영상 촬영 부위를 지나면서 이러한 신경세포는 시간적으로 '비동기화 상태'17,170 가 되어 상관관계가 낮아졌습니다. 대장에서 신경 영상과 추적을 사용한 또 다른 연구에서는 근위 결장과 원위 결장 사이의 장 신경 배선 패턴에 지형적 차이가 있음을 보여주었습니다171. 근위 결장에는 니코틴 전달에 의해 구동되는 오름차순 억제 장 경로가 존재합니다. 흥미롭게도 이 현상은 원위 결장에서는 확인되지 않았습니다171. 종합하면, 결장 전체 길이를 따라 신경 회로의 국소적 변화에 대한 확실한 증거가 있으며, 이는 이러한 다른 부위의 운동 요구 사항의 차이와 관련이 있을 수 있습니다.

Fig. 5: Major intrinsic neuronal circuits in the large intestine active during neurogenic motor patterns.

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A fundamental pathway involves the synaptic convergence of ascending and descending interneurons, such that increased activation of ascending pathways leads to a corresponding increased activation of descending inhibitory pathways. Furthermore, common ascending interneurons simultaneously activate independent populations of excitatory motor neurons to the longitudinal muscle and circular muscle orally; at the same time, common descending interneurons simultaneously activate separate populations of inhibitory motor neurons to both the longitudinal muscle and circular muscle aborally. Thus, temporally coordinated firing of ascending and descending interneurons simultaneously activates cholinergic excitatory motor neurons and nitrergic inhibitory motor neurons. These pathways underlie major neurogenic motility patterns in the large intestine. In the colon, calbindin-immunoreactive Dogiel type II neurons project to the mucosa and receive nicotinic inputs from some populations of myenteric interneurons. The Dogiel type II neurons (in the colon) preferentially provide synaptic outputs to local cholinergic excitatory motor neurons and cholinergic ascending interneurons, and rarely or never to nitrergic neurons80.

근본적인 경로는 상승 및 하강 뉴런의 시냅스 수렴을 포함하며, 상승 경로의 활성화가 증가하면 하강 억제 경로의 활성화가 그에 상응하는 증가로 이어집니다. 또한, 공통 상승 뉴런은 세로 근육과 원형 근육에 대한 독립적인 흥분성 운동 뉴런 집단을 구강으로 동시에 활성화하고, 동시에 공통 하강 뉴런은 세로 근육과 원형 근육에 대한 별도의 억제성 운동 뉴런 집단을 구강으로 동시에 활성화합니다. 따라서 시간적으로 조정된 상승 및 하강 인터뉴런의 발화는 콜린성 흥분성 운동 뉴런과 질질성 억제성 운동 뉴런을 동시에 활성화합니다. 이러한 경로는 대장의 주요 신경성 운동 패턴의 기초가 됩니다. 결장에서 칼빈딘 면역 반응성 도지엘 II형 뉴런은 점막으로 돌출하여 일부 장 내 뉴런 집단으로부터 니코틴성 입력을 받습니다. 결장에서 도지엘 II형 뉴런은 국소 콜린성 흥분성 운동 뉴런과 콜린성 상승성 뉴런에 시냅스 출력을 우선적으로 제공하고 질질성 뉴런에는 거의 또는 전혀 제공하지 않습니다80.

ENS circuits in neurogenic motor patterns

It is well known that the activity of the ENS is required to generate neurogenic motor patterns in the small intestine 165 and large intestine 5,11,102,130,133,166-168, but one of the great mysteries of the ENS is how a large population of individual neurons can be temporarily activated over a long distance to cause propulsion of the contents. Understanding how the ENS is physiologically activated as an intact neural network in a healthy state is essential to fully understand the causes of neurogenic disorders of the ENS. Important progress has been made in this area.

It was found that the ENS has a distinct clustering of clonally related enteric neurons. This important observation led to the suggestion that the ENS in the small intestine develops from migratory neural crest-derived progenitor cells that form redundant clonal units 169. A key finding of this study was that clonally related enteric neurons generate synchronous activity in response to local stimulation of the entodermal strands. This suggests the existence of an underlying hardwired circuit that allows large populations of enteric neurons to be synaptically activated simultaneously (Figure 5).

Another study consistent with this finding has shown that during the neurogenic CMMC propagating along the colon, the ENS produces a highly organized rhythmic firing pattern involving the simultaneous synaptic recruitment of thousands of intestinal inhibitory and excitatory neurons 170. This fundamental polarized neural circuitry involves the convergence and synaptic recruitment of ascending and descending neurons (Figure 5). This firing pattern occurred at ~2 Hz, inducing rhythmic depolarization (EJP) and hyperpolarization (IJP) of smooth muscle at the same rate 170. As the stool moved through the intestine and past the imaging site, these neurons became ‘desynchronized’ in time 17, 170, and their correlation decreased. Another study using neuroimaging and tracking in the large intestine showed topographic differences in the intestinal nerve wiring pattern between the proximal and distal colon 171. In the proximal colon, there is an ascending inhibitory intestinal pathway driven by nicotine delivery. Interestingly, this phenomenon was not observed in the distal colon 171. Taken together, there is strong evidence for local changes in neural circuits along the entire length of the colon, which may be related to differences in the motor requirements of these different regions.

신경인성 운동 패턴의 ENS 회로

소장 165와 대장 5,11,102,130,133,166-168에서 신경성 운동 패턴을 생성하는 데 ENS의 활동이 필요하다는 것은 잘 알려져 있지만 ENS의 큰 미스터리 중 하나는 개별 뉴런의 대규모 집단이 어떻게 장거리에서 일시적으로 활성화되어 내용물의 추진력을 유발할 수 있는지입니다. ENS가 건강한 상태에서 온전한 신경 네트워크로서 생리적으로 어떻게 활성화되는지 이해하는 것은 ENS의 신경인성 장애의 원인을 완전히 이해하는 데 필수적입니다. 이 분야에서 중요한 진전이 있었습니다.

ENS에는 클론적으로 관련된 장 신경세포가 뚜렷하게 클러스터링되어 있다는 것이 밝혀졌습니다. 이 중요한 관찰은 소장의 ENS가 중복 클론 단위 169를 형성하는 이동성 신경 볏 유래 전구 세포에서 발생한다는 제안으로 이어졌습니다. 이 연구의 핵심 발견은 클론적으로 관련된 장 신경세포가 내배엽 가닥의 국소 자극에 반응하여 동기적인 활동을 생성한다는 것입니다. 이는 장 신경세포의 대규모 집단을 동시에 시냅스적으로 활성화할 수 있는 근본적인 유선 회로의 존재를 시사합니다(그림 5).

이 발견과 일치하는 또 다른 연구에 따르면 결장을 따라 전파되는 신경성 CMMC 동안 ENS는 수천 개의 장 억제 및 흥분성 뉴런 170의 동시 시냅스 모집을 포함하는 고도로 조직화된 리듬 발사 패턴을 생성하는 것으로 나타났습니다. 이 기본적인 분극 신경 회로는 상승 및 하강 뉴런의 수렴과 시냅스 모집을 포함합니다(그림 5). 이 발화 패턴은 ~2Hz에서 발생하여 평활근의 리듬성 탈분극(EJP)과 과분극(IJP)을 동일한 속도로 유도합니다 ( 170). 대변이 장을 통과하여 영상 촬영 부위를 지나면서 이러한 뉴런은 시간 17, 170 에 따라 '비동기화'되어 상관관계가 감소했습니다. 대장에서 신경 영상과 추적을 사용한 또 다른 연구에서는 근위 결장과 원위 결장 사이의 장 신경 배선 패턴에 지형적 차이가 있음을 보여주었습니다 171. 근위 결장에는 니코틴 전달에 의한 오름차순 억제 장 경로가 있습니다. 흥미롭게도 이 현상은 원위 결장 171 에서는 관찰되지 않았습니다. 종합하면, 대장 전체 길이에 걸쳐 신경 회로의 국소적 변화에 대한 강력한 증거가 있으며, 이는 이러한 다른 영역의 운동 요구 사항의 차이와 관련이 있을 수 있습니다.

Emerging technologies to study ENS neural circuits

Optogenetics was first developed about 15 years and is an exciting technique to control the excitability of particular cells of interest172,173. However, only in the past 5 years or so has there been a rapid increase in the use of this technique with high fidelity. The basic principle of optogenetics is that light-sensitive ion channels are genetically encoded into specific cells of interest. This means that it is possible to excite or inhibit cells (e.g. neurons) of interest using different wavelengths of light, provided the cells of interest express the excitatory or inhibitory light-sensitive ion channels. One of the most exciting benefits of using optogenetics is the ability to selectively stimulate or inhibit particular neurochemical classes of neurons. This was not possible with electrical stimulation of the ENS. Indeed, this benefit is highly relevant to studying the ENS, because one of the major obstacles to study ENS neural circuits is that the ENS contains a highly heterogeneous population of neurons that are difficult to be selectively targeted with conventional electrophysiological and imaging techniques. Advances in optogenetic techniques have provided unique tools for in vivo stimulation or inhibition of neuronal electrical activity, which is an efficient way to probe causal relationships between specific neuronal cells and behavior172,173. Optogenetic techniques have been extensively utilized in the CNS for a number of years174. But, only in the past 3 years has the field of optogenetics been demonstrated to control the excitability of the ENS17,34,175–177. To date, there have been two studies that have successfully demonstrated optogenetic technologies can potently control activity in the ENS34,175 and induce propagating neurogenic contractions in mice175.

One of the most exciting aspects of applying optogenetic technology to the ENS is the conspicuous advantage of being able to selectively stimulate or inhibit specific classes of neurons that lie only within the ENS. This can occur using cre/lox recombination technology which involves site specific recombination of light-sensitive ion channels (like Channelrhodopsin, ChR2) into specific neurochemical classes of enteric neurons17,175–177. This advance has been demonstrated using wireless optogenetic approaches whereby excitatory neurons were activated with micro-LEDs implanted onto the colon wall in vivo in mice, to cause an increased transit of colonic content in conscious freely-moving animals175,178.

There are some advantages and some disadvantages of using optogenetic tools to stimulate gastrointestinal transit in live animals (Box 1). The major advantages of using wireless optogenetics to stimulate gastrointestinal motility in vivo, as opposed to current orally-ingested agonists to stimulate the ENS (for example, 5-HT agonists) are that: focally applied light can be delivered instantaneously to target specific regions of gut, without requiring oral consumption of non-specific agonists that inadvertently stimulate other neural pathways in central or peripheral ganglia (Box 1). In in vitro experimentation using transgenic mouse models or Cre-inducible viruses, optogenetic approaches could provide a major advantage of being able to control ENS excitability via either excitatory or inhibitory light-sensitive ion channels, in specific neurochemical populations of neurons. This technical advance is a major step forward in the field. This approach would be impossible using conventional pharmacological agents, that do not act on only one class of neuron.

ENS 신경 회로 연구를 위한 새로운 기술

광유전학은 약 15년 전에 처음 개발되었으며 관심 있는 특정 세포의 흥분성을 제어하는 흥미로운 기술입니다172,173. 그러나 지난 5년 정도에 이르러서야 높은 충실도로 이 기술의 사용이 급격히 증가했습니다. 광유전학의 기본 원리는 빛에 민감한 이온 채널이 관심 있는 특정 세포에 유전적으로 암호화되어 있다는 것입니다. 즉, 관심 세포가 흥분성 또는 억제성 광민감성 이온 채널을 발현한다면 다른 파장의 빛을 사용하여 관심 세포(예: 뉴런)를 흥분시키거나 억제할 수 있습니다. 광유전학을 사용할 때 가장 흥미로운 이점 중 하나는 특정 신경화학 계열의 뉴런을 선택적으로 자극하거나 억제할 수 있다는 점입니다. 이는 ENS의 전기 자극으로는 불가능했습니다. 실제로 ENS 신경 회로 연구의 주요 장애물 중 하나는 기존의 전기생리학 및 이미징 기술로는 선택적으로 표적화하기 어려운 매우 이질적인 뉴런 집단을 포함하고 있기 때문에 이러한 이점은 ENS 연구와 매우 관련이 있습니다. 광유전학 기술의 발전은 특정 신경 세포와 행동 간의 인과 관계를 조사하는 효율적인 방법인 신경 세포 전기 활동의 생체 내 자극 또는 억제를 위한 고유한 도구를 제공했습니다172,173. 광유전학 기술은 수년 동안 중추신경계에서 광범위하게 활용되어 왔습니다174. 그러나 지난 3년 동안에야 광유전학 분야가 ENS의 흥분성을 제어하는 것으로 입증되었습니다17 ,34,175-177. 현재까지 광유전학 기술이 ENS의 활동을 강력하게 제어하고34,175 생쥐의 신경성 수축을 유도할 수 있다는 것을 성공적으로 입증한 두 건의 연구가 있었습니다175.

광유전학 기술을 ENS에 적용할 때 가장 흥미로운 측면 중 하나는 ENS 내에만 존재하는 특정 종류의 뉴런을 선택적으로 자극하거나 억제할 수 있다는 점입니다. 이는 빛에 민감한 이온 채널(예: 채널로돕신, ChR2)을 특정 신경 화학적 종류의 장 뉴런으로 부위별로 재조합하는 cre/lox 재조합 기술을 사용하여 가능합니다17,175-177. 이러한 발전은 무선 광유전학적 접근법을 사용하여 생쥐의 결장 벽에 마이크로 LED를 이식하여 흥분성 뉴런을 활성화하여 의식이 있고 자유롭게 움직이는 동물에서 결장 내용물의 이동을 증가시키는 것으로 입증되었습니다175,178.

광유전 도구를 사용하여 살아있는 동물의 위장관 통과를 자극하는 데에는 몇 가지 장점과 단점이 있습니다(상자 1). 무선 광유전학을 사용하여 생체 내에서 위장관 운동성을 자극하는 데 있어 현재 경구 섭취하는 작용제(예: 5-HT 작용제)와는 달리, 무선 광유전학을 사용하면 중추 또는 말초 신경절의 다른 신경 경로를 실수로 자극하는 비특이적 작용제를 경구 섭취할 필요 없이 장의 특정 영역에 국소적으로 적용된 빛을 즉각적으로 전달할 수 있다는 주요 장점이 있습니다(박스 1). 형질전환 마우스 모델이나 Cre 유도성 바이러스를 사용한 시험관 내 실험에서 광유전학적 접근법은 뉴런의 특정 신경화학 집단에서 흥분성 또는 억제성 빛에 민감한 이온 채널을 통해 ENS 흥분성을 제어할 수 있다는 큰 이점을 제공할 수 있습니다. 이러한 기술적 진보는 이 분야에서 중요한 진전입니다. 이러한 접근 방식은 한 종류의 뉴런에만 작용하지 않는 기존의 약리학적 약제로는 불가능합니다.

Box 1. Pros and cons of optogenetics to control the ENS.Advantages

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Disadvantages

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There are also some obvious downfalls using optogenetic techniques to control the ENS in live animals. Firstly, light-sensitive opsins must be expressed in the ENS. This step requires either the injection of viral vectors into the host animal, or the breeding of transgenic animals together. In either case, it involves genetically modifying specific cells of interest in the ENS. A second major disadvantage is that light is required to stimulate enteric neurons. Prolonged light stimulation can raise the temperature of the target organ, which has been shown to clearly alter function179.

A particularly exciting aspect of optogenetic technology is that it has now been demonstrated that it is possible to express sufficient levels of channelrhodopsin 2 (ChR2) in sensory neurons of non-transgenic vertebrates180, which was demonstrated using adeno-associated viruses that can be transported retrograde along nerve axons and effectively express ChR2 into nerve cell bodies. Conceptually, it could be possible to control gut motility and transit in conscious non-transgenic mammals using wireless optogenetics after injection of adeno-associated viruses into the gut wall. However, to do so would require overcoming the technical challenge of implanting wireless micro-LEDs onto the gut wall and ensuring that sufficient levels of ChR2 are expressed in the particular classes of neurons of interest. This approach would almost certainly have to involve surgery and the pros and cons would need to be carefully eval‎uated before any procedure(s) were undertaken.

박스 1. ENS를 제어하는 광유전학의 장단점.장점

• 특정 종류의 뉴런에서 빛에 민감한 이온 채널을 선택적으로 발현할 수 있습니다.
• 빛은 관심 있는 신경 경로를 즉각적으로 활성화할 수 있습니다.
• 특정 뉴런 집단을 선택적으로 자극하기 위해 작용제를 경구 섭취할 필요가 없습니다.
• 특정 신경 회로의 기능적 역할 확인 가능

단점

• 광 전달은 열을 발생시켜 신경세포 기능을 변화시킬 수 있습니다.
• 세포의 유전자 변형이 필요함
• 빛에 민감한 이온 채널을 발현하는 데 수 주가 소요됨
• 바이러스를 사용하면 발현 수율이 낮을 수 있음
• 옵신이 생체 내에서 얼마나 오래 발현을 유지할 수 있는지 명확하지 않음ENS, 장 신경계.

광유전학 기술을 사용하여 살아있는 동물의 ENS를 제어하는 데는 몇 가지 명백한 단점도 있습니다. 첫째, 빛에 민감한 옵신이 ENS에서 발현되어야 합니다. 이 단계에서는 숙주 동물에 바이러스 벡터를 주입하거나 형질 전환 동물을 함께 사육해야 합니다. 두 경우 모두 ENS에서 관심 있는 특정 세포를 유전적으로 변형해야 합니다. 두 번째 주요 단점은 장 신경세포를 자극하기 위해 빛이 필요하다는 점입니다. 장시간 빛을 자극하면 표적 기관의 온도가 상승하여 기능이 분명히 변화하는 것으로 나타났습니다179.

광유전학 기술의 특히 흥미로운 측면은 비형질전환 척추동물의 감각 신경세포에서 충분한 수준의 채널로돕신2(ChR2)를 발현할 수 있다는 사실이 입증되었다는 점입니다180 , 이는 신경 축삭을 따라 역행하여 신경 세포체로 효과적으로 ChR2를 발현할 수 있는 아데노 관련 바이러스를 사용하여 입증되었습니다. 개념적으로는 아데노 관련 바이러스를 장 벽에 주입한 후 무선 광유전학을 사용하여 의식이 있는 비형질전환 포유류의 장 운동성과 이동을 제어할 수 있을 것으로 예상됩니다. 그러나 이를 위해서는 무선 마이크로 LED를 장 벽에 이식하고 관심 있는 특정 종류의 뉴런에서 충분한 수준의 ChR2가 발현되도록 하는 기술적 과제를 극복해야 합니다. 이 접근 방식은 거의 확실하게 수술을 수반해야 하며, 절차를 수행하기 전에 장단점을 신중하게 평가해야 합니다.

Conclusions

This Review has discussed the current advances that have been made in the transduction of sensory stimuli into action potentials in intrinsic and extrinsic sensory neurons in the small and large intestine of vertebrates. There is substantial interest in improving our understanding the basis of gastrointestinal motility disorders and transit in a variety of conditions, such as slow-transit or idiopathic constipation, irritable bowel syndrome, or as occurs in inflammatory bowel disease. However, before we can hope to try to explain the causes of disordered neurogenic motility and transit in diseased or dysfunctional bowel, it is important that we first have a clear understanding of the fundamental control mechanisms underlying these neurogenic motor patterns in healthy bowel. This aspect has not yet been achieved. With the rapid improvements and advances in optogenetic techniques, it will be exciting to use these approaches to control the excitability of specific classes of neurons in the ENS to careful dissect their functional roles.

결론

이 리뷰에서는 

척추동물의 소장과 대장에서 

감각 자극이 내재성 및 외재성 감각 뉴런에서 활동 전위로 전환되는 과정에서 이루어진 

최근의 발전에 대해 논의했습니다. 

장 운동 장애의 기초와 장 통과에 대한 이해를 높이는 데 상당한 관심이 있으며,

 장 통과가 느리거나 특발성 변비, 과민성 대장 증후군 또는 

염증성 장 질환에서 발생하는 것과 같은 다양한 조건에서 

장 운동 장애와 장 통과에 대한 이해를 높이는 데 상당한 관심이 있습니다. 

그러나 

질병이 있거나 기능 장애가 있는 장에서 

신경성 운동 및 통과 장애의 원인을 설명하기 전에 

먼저 건강한 장에서 이러한 신경성 운동 패턴의 근본적인 제어 메커니즘을 명확하게 이해하는 것이 중요합니다. 

이러한 측면은 아직 달성되지 않았습니다. 광

유전학 기술의 급속한 개선과 발전으로 이러한 접근법을 사용하여 

ENS에서 특정 종류의 뉴런의 흥분성을 제어하여 기능적 역할을 신중하게 해부하는 것은 흥미로울 것입니다.

Key Points.

1.  
2.  
3.  
4.  
5.  
6.  

Acknowledgements

H.H. was supported by grants from the NIH, R01GM101218, R01DK103901 and R01AA027065, Washington University School of Medicine Digestive Disease Research Core Center (NIDDK P30 DK052574), The Center for the Study of Itch of Department of Anesthesiology at Washington University School of Medicine. N.J.S. is supported by NH&MRC of Australia, grants APP1156427 and APP1156416.

Footnotes

Competing interests

The authors declare no competing interests.

References

• 1.Von Haller A A Dissertation on the Sensible and Irritable Parts of Animals, by. Bulletin of the Institute of the History of Medicine, 651–699 (1755). [Google Scholar]
• 2.Kunze WA, Bornstein JC & Furness JB Identification of sensory nerve cells in a peripheral organ (the intestine) of a mammal. Neuroscience 66, 1–4 (1995). [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
• 3.Furness JB, Johnson PJ, Pompolo S & Bornstein JC Evidence that enteric motility reflexes can be initiated through entirely intrinsic mechanisms in the guinea-pig small intestine. Neurogastroenterol Motil 7, 89–96 (1995). [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
• 4.Trendelenburg P hysiologische und pharmakologischeUntersuchungen über die Dünndarmperistalti. Arch ExpPathol Pharmakol 81, 55–129 (1917). [Google Scholar]
• 5.Wood JD Electrical activity of the intestine of mice with hereditary megacolon and absence of enteric ganglion cells. Am J Dig Dis 18, 477–488 (1973). [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
• 6.Costa M & Furness JB The peristaltic reflex: an analysis of the nerve pathways and their pharmacology. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol 294, 47–60 (1976). [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
• 7.Lüderitz C Experimentelle Untersuchungen uber die Entstehung der Dam-peristaltik. Virchows Arch. f. path. Anat 122, 1–28 (1890). [Google Scholar]
• 8.Lüderitz C Das motorische Verhalten des Magens bei Reizung seiner ausseren Flache. Arch. f. d. ges. Physiol 49, 158–174 (1891). [Google Scholar]
• 9.Bayliss WM & Starling EH The movements and innervation of the small intestine. J Physiol 24, 99–143 (1899). [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
• 10.Bartho L, Holzer P, Donnerer J & Lembeck F Evidence for the involvement of substance P in the atropine-resistant peristalsis of the guinea-pig ileum. Neurosci Lett 32, 69–74 (1982). [DOI] [PubMed] [Google Scholar]