うつ病のマウスモデルにおける胃腸運動性に対するセロトニンと遅い放出5-ヒドロキシトリプトファンの影響

背景と目的：気分障害と便秘は併存することがよくありますが、それらの共有された病因はめったに探求されていません。神経伝達物質セロトニン（5-HT）は、胃腸（GI）の運動性と気分を含む中枢神経系と腸神経系（ENS）の発達と長期機能を調節します。したがって、5-HTのニューロン産生の欠陥は、脳および腸の機能不全を引き起こす可能性があります。トリプトファンヒドロキシラーゼ2（TPH2）は、5-HT生合成の速度制限酵素です。R441H置換（TPH2-R441H）をコードするTPH2のバリアントは、重度のうつ病の個人で特定されました。類似した変異（TPH2-R439H）のマウスを研究しました。これにより、中枢神経系の5-HTのレベルが60％〜80％減少し、人間のうつ病に関連する行動が減少します。5-HTPスローリリース（5-HTP SR）からTPH2-R439Hマウスを含む給餌チャウは、中枢神経系の5-HTのレベルを回復し、抑うつ様行動を減らします。 方法：5-HTP SRの有無にかかわらず、チョウの給餌の効果を、TPH2-R439H変異を伴うマウスと、この突然変異（コントロールマウス）を比較しました。乳腺および粘膜下の神経叢は、4つのマウスグループすべてから分離され、免疫細胞化学を使用して、腸内ニューロン、セロトニン作動性ニューロン、およびニューロンの5-HT依存性サブセットを定量化しました。内因性5-HTのトリプタミン誘発放出に対する腸ニューロンの反応を評価するために、カルシウムイメージング実験を実施しました。生きているマウスでは、総消化輸送、胃内容排出、小腸輸送、推進力のある結腸直腸の運動性を測定しました。結腸移動運動複合体（CMMC）を測定するために、コロンを分離し、近接長さに沿って空間的地図を構築して、CMMCの周波数、速度、および長さを定量化しました。小腸組織におけるエンテロクロマフィンおよび腸内分泌細胞の絨毛の高さ、陰窩周囲、および相対密度を測定しました。 結果：5-HTのレベルは、対照マウスよりもTPH2-R439Hマウスの腸内ニューロンで有意に低かった。TPH2-R439Hマウスは、ENSの発達とENSを介したGI機能に異常を有していました。これには、運動性の低下や腸上皮成長が含まれます。総GI輸送と推進的な結腸直腸の運動性は、コントロールよりもTPH2-R439Hマウスで遅く、CMMCはより遅く、頻繁になりました。絨毛の高さと陰窩周囲は、コントロールと比較してTPH2-R439Hマウスの結腸組織で有意に減少しました。5-HTP SRの成体TPH2-R439Hマウスへの投与は、5-HTを腸ニューロンに回復し、これらの異常を逆転させました。経口5-HTP SRを投与された成体TPH2-R439Hマウスは、腸ニューロン、総GI輸送、および結腸運動性の数を正規化しました。これらのマウスからの腸組織は、CMMCと腸上皮成長の結論の正常な測定値を持っていました。TPH2-R439Hマウスの研究では、ENS発達とGI運動性の欠陥をもたらす腸ニューロンからの5-HTの放出の減少の証拠が見つかりました。私たちの調査結果は、5-HTのニューロン生産が気分機能障害と便秘を結び付けることを示しています。5-HTP SRのマウスへの投与により、ENSに5-HTが回復し、腸上皮の正規化されたGI運動性と成長が回復しました。5-HTP SRは、5-HTの低レベルに関連する腸内機能障害の患者を治療するために使用される場合があります。

BACKGROUND & AIMS: Mood disorders and constipation are often comorbid, yet their shared etiologies have rarely been explored. The neurotransmitter serotonin (5-HT) regulates central nervous system and enteric nervous system (ENS) development and long-term functions, including gastrointestinal (GI) motility and mood. Therefore, defects in neuron production of 5-HT might result in brain and intestinal dysfunction. Tryptophan hydroxylase 2 (TPH2) is the rate-limiting enzyme in 5-HT biosynthesis. A variant of TPH2 that encodes the R441H substitution (TPH2-R441H) was identified in individuals with severe depression. We studied mice with an analogous mutation (TPH2-R439H), which results in a 60%-80% decrease in levels of 5-HT in the central nervous system and behaviors associated with depression in humans. Feeding chow that contains 5-HTP slow release (5-HTP SR) to TPH2-R439H mice restores levels of 5-HT in the central nervous system and reduces depressive-like behaviors. METHODS: We compared the effects of feeding chow, with or without 5-HTP SR, to mice with the TPH2-R439H mutation and without this mutation (control mice). Myenteric and submucosal plexuses were isolated from all 4 groups of mice, and immunocytochemistry was used to quantify total enteric neurons, serotonergic neurons, and 5-HT-dependent subsets of neurons. We performed calcium imaging experiments to evaluate responses of enteric neurons to tryptamine-evoked release of endogenous 5-HT. In live mice, we measured total GI transit, gastric emptying, small intestinal transit, and propulsive colorectal motility. To measure colonic migrating motor complexes (CMMCs), we isolated colons and constructed spatiotemporal maps along the proximodistal length to quantify the frequency, velocity, and length of CMMCs. We measured villus height, crypt perimeter, and relative densities of enterochromaffin and enteroendocrine cells in small intestinal tissue. RESULTS: Levels of 5-HT were significantly lower in enteric neurons from TPH2-R439H mice than from control mice. TPH2-R439H mice had abnormalities in ENS development and ENS-mediated GI functions, including reduced motility and intestinal epithelial growth. Total GI transit and propulsive colorectal motility were slower in TPH2-R439H mice than controls, and CMMCs were slower and less frequent. Villus height and crypt perimeter were significantly decreased in colon tissues from TPH2-R439H mice compared with controls. Administration of 5-HTP SR to adult TPH2-R439H mice restored 5-HT to enteric neurons and reversed these abnormalities. Adult TPH2-R439H mice given oral 5-HTP SR had normalized numbers of enteric neurons, total GI transit, and colonic motility. Intestinal tissue from these mice had normal measures of CMMCs and enteric epithelial growth CONCLUSIONS: In studies of TPH2-R439H mice, we found evidence for reduced release of 5-HT from enteric neurons that results in defects in ENS development and GI motility. Our findings indicate that neuron production of 5-HT links constipation with mood dysfunction. Administration of 5-HTP SR to mice restored 5-HT to the ENS and normalized GI motility and growth of the enteric epithelium. 5-HTP SR might be used to treat patients with intestinal dysfunction associated with low levels of 5-HT.