Estudo demonstra como os neurônios autônomos controlam as funções digestivas

O sistema nervoso autônomo orquestra as funções de órgãos internos como o coração e o intestino, servindo como uma conexão entre o cérebro e o resto do corpo. É classificado em duas divisões – os sistemas simpático e parassimpático, frequentemente descritos como acelerador e freio do corpo, respectivamente. Por exemplo, o sistema nervoso simpático ativa a resposta de “lutar ou fugir” em reação ao perigo, concentrando energia na sobrevivência imediata e interrompendo funções menos urgentes, como a digestão.

Agora, um novo estudo da Caltech revela diversas populações de neurônios dentro do sistema nervoso simpático e revela como elas controlam as funções viscerais de uma maneira específica do órgão.

A pesquisa, publicada na revista Natureza em 27 de novembro, foi liderado pelo estudante de graduação Tongtong Wang e conduzido no laboratório de Yuki Oka, professor de biologia e investigador do Heritage Medical Research Institute.

A pesquisa no laboratório Oka concentra-se na compreensão de como o cérebro e o corpo cooperam para manter um equilíbrio interno saudável. Em 2022, a equipe descobriu um sistema corpo-cérebro que transmite sinais sobre os níveis de hidratação. Mas os mecanismos pelos quais o cérebro regula outras funções do corpo, como a resposta de lutar ou fugir, há muito que escapam aos cientistas.

“A anatomia e a função do sistema autônomo são conhecidas há mais de um século, mas surpreendentemente temos pouca compreensão da diversidade celular e funcional dos neurônios autônomos”, diz Oka.

Enquanto o sistema nervoso central compreende neurônios no cérebro e na medula espinhal, o sistema nervoso autônomo simpático ou periférico consiste em neurônios em gânglios (grupos ou aglomerados) por todo o corpo, inervando regiões como o intestino e o coração. Embora técnicas avançadas tenham sido desenvolvidas para estudar neurônios no cérebro, examinar neurônios autônomos na periferia tem sido mais desafiador.

Tradicionalmente, o sistema nervoso simpático tem sido visto como uma rede uniforme que influencia amplamente as funções dos órgãos. Esta nova pesquisa desafia esse paradigma e ilustra como partes específicas do sistema simpático realizam trabalhos únicos.

No novo estudo, Wang combinou duas técnicas moleculares, sequenciamento de RNA unicelular e análise transcriptômica espacial, para examinar os padrões de expressão gênica de células nos principais gânglios simpáticos que inervam órgãos abdominais, como os intestinos, em camundongos.

Curiosamente, a equipe encontrou pelo menos duas populações distintas de neurônios expressando diferentes conjuntos de genes. Investigações adicionais utilizando camundongos geneticamente modificados revelaram que um desses grupos neuronais tem como alvo o trato gastrointestinal, enquanto o outro se projeta para áreas secretoras, incluindo o pâncreas e o trato biliar.

“Descobrir as diversas populações de neurônios simpáticos com inervação específica de órgãos foi eletrizante, porque permite o controle preciso e a modulação das funções do corpo”, diz Wang.

A seguir, a equipe teve como objetivo entender como esses tipos distintos de neurônios influenciam causalmente os processos fisiológicos. Eles primeiro se concentraram na secreção da bile, um fluido produzido em pequenos volumes pelo fígado e liberado no intestino para digestão de gordura.

Colaborando com pesquisadores do laboratório de Wei Gao da Caltech – professor de engenharia médica, investigador do Heritage Medical Research Institute e Ronald e JoAnne Willens Scholar – a equipe desenvolveu um dispositivo microfluídico capaz de detectar mudanças diferenciadas na secreção biliar no nível de nanolitros, in vivo .

Ao empregar ferramentas de perturbação genética para ativar seletivamente cada população única de neurônios, eles descobriram que uma classe de neurônios simpáticos suprimia a secreção digestiva enquanto aumentava a liberação de glucagon, um hormônio crucial para aumentar os níveis de açúcar no sangue. Notavelmente, a outra classe de neurônios inibiu de forma independente a motilidade intestinal – a compressão dos músculos intestinais para empurrar os alimentos.

“Foi como acionar interruptores em uma máquina complexa e observar como cada parte responde”, explica Wang.

Oka acrescenta: “O arranjo modular que descobrimos significa que o corpo pode ajustar a atividade de cada órgão sem afetar os outros. É um nível de controle que não apreciávamos totalmente antes”.

Esta descoberta tem implicações profundas para a compreensão e tratamento de várias condições médicas. Muitas doenças envolvem disfunções em órgãos específicos, e a compreensão das vias neurais dedicadas abre novas possibilidades terapêuticas.

Embora o sistema nervoso simpático seja talvez mais conhecido por responder a ameaças como predadores, outros factores de stress, como os baixos níveis de glicose no corpo, também podem activar neurónios simpáticos. Mais estudos são necessários para compreender as complexas vias de sinalização do cérebro para o corpo que processam, integram e respondem aos vários sinais de estresse.