マウス空腸腸管におけるコリン作動性陰イオン分泌は、ムスカリン経路とニコチン経路の相乗効果を伴う

Cholinergic-induced anion secretion in murine jejunal enteroids involves synergy between muscarinic and nicotinic pathways.

• Kelli Johnson
• Jianyi Yin
• Julie G In
• Subhash Kulkarni
• Pankaj Pasricha
• Ming Tse
• Mark Donowitz

抄録

アセチルコリンは、哺乳類の腸内で強力な電気原性陰イオン分泌を誘導し、それは長い間、マウスのM3と、より少ない範囲ではあるが、M1ムスカリン受容体を介して上皮応答を媒介しているという仮説が立てられてきた。しかし、ニコチン受容体は、腸管輸送に直接的な影響を及ぼすことは確認されていないが、最近、qRT-PCR/RNAseqにより腸管腸球に存在することが確認されている。我々は、腸内でのコリン作動によるアニオン分泌は、腸管上皮に内在するムスカリン系とニコチン系の両方の経路の結果であるという仮説を検証した。我々は、Ussing Chamber/Voltage Clamp法を用いて活性電気陰イオン分泌を測定するために使用されるマウス空腸腸管モノレイヤーを生成する方法を開発しました。ここでは、コリン作動性アゴニストであるカルバコール(CCh)とムスカリン作動性アゴニストであるベタンコール(BCh)が上皮細胞のみのエンテロイド単分子膜において、短時間の濃度依存性陰イオン分泌を刺激することを示した。ムスカリン系アンタゴニストのアトロピンは、CChとBCh誘導分泌を完全に阻害し、ニコチン系アンタゴニストのヘキサメトニウムはCCh応答を～45％減少させた。ニコチン単独では陰イオンの分泌は変化しなかったが、濃度依存的にBCh誘発の短絡電流（I）の増加を増加させた；この相乗効果はヘキサメトニウムでの前処理によって阻止された。ヘキサメトニウムに敏感であることに加えて、単分子膜はqRT-PCRによりコリン作動性受容体の両クラスを発現しており、その中にはニコチン受容体サブユニット16個中13個が含まれていた。これらの知見は、ムスカリン系アゴニストとニコチン系アゴニストの相互作用がマウス空腸上皮細胞におけるアニオン分泌を相乗的に刺激することを示しており、アニオン分泌における上皮ニコチン受容体の役割を明らかにした。

Acetylcholine induces robust electrogenic anion secretion in mammalian intestine and it has long been hypothesized that it mediates the epithelial response through the M3 and, to a lesser extent, the M1 muscarinic receptors in the mouse. However, nicotinic receptors have recently been identified in intestinal enterocytes by qRT-PCR/RNAseq, although any direct influence on intestinal transport has not been identified. We tested the hypothesis that cholinergic-induced anion secretion in the intestine is a result of both muscarinic and nicotinic pathways that are intrinsic to the intestinal epithelia. We developed a method to generate mouse jejunal enteroid monolayers which were used to measure active electrogenic anion secretion by the Ussing Chamber/Voltage Clamp technique. Here, we show that the cholinergic agonist carbachol (CCh) and the muscarinic agonist bethanechol (BCh) stimulate short-lived, concentration dependent anion secretion in the epithelial cell-only enteroid monolayers. The muscarinic antagonist atropine completely inhibited CCh- and BCh-induced secretion, while the nicotinic antagonist hexamethonium reduced the CCh response by ~45%. While nicotine alone did not alter anion secretion, it increased the BCh-induced increase in short-circuit current (I) in a concentration dependent manner; this synergy was prevented by pretreatment with hexamethonium. In addition to being sensitive to hexamethonium, monolayers express both classes of cholinergic receptor by qRT-PCR, including 13 of 16 nicotinic receptor subunits. Our findings indicate that an interaction between muscarinic and nicotinic agonists synergistically stimulates anion secretion in mouse jejunal epithelial cells and identify a role for epithelial nicotinic receptors in anion secretion.