Virškinimo trakto epitelio įgimtas imunitetas – regionizavimas ir organoidai kaip naujas modelis

Žmogaus virškinimo traktas nuolat kontaktuoja su mikrobų dirgikliais. Jo kliūtys turi užtikrinti sambūvį su komensalinėmis bakterijomis, tuo pačiu leidžiant stebėti įsiskverbiančius patogenus. Sąveikos centre yra epitelio sluoksnis, žymintis kūno ribas. Jame yra daugybė skirtingų įgimtų imuninių jutiklių, pvz., į Toll panašius receptorius, kurie skatina uždegiminį atsaką į mikrobus. Šios sudėtingos sistemos disfunkcija sukelia su uždegimu susijusias patologijas, tokias kaip uždegiminė žarnyno liga. Tačiau ląstelių sąveikos sudėtingumas, jų molekulinis pagrindas ir jų raida vis dar menkai suprantami. Pastaraisiais metais iš kamieninių ląstelių gauti organoidai sulaukia vis daugiau dėmesio kaip perspektyvūs vystymosi ir įvairių patologijų, įskaitant infekcines ligas, modeliai. Be to, organoidai leidžia tirti epitelio įgimtą imunitetą in vitro. Šioje apžvalgoje mes sutelkiame dėmesį į virškinimo trakto epitelio barjerą ir jo regioninę organizaciją, kad aptartume įgimtą imuninį jutimą ir vystymąsi.

Mikrobų dirgiklių poveikis gali pagerinti imunitetą, nes mikrobiniai dirgikliai gali paskatinti organizmą gaminti imunines ląsteles ir imunines molekules, taip skatinant organizmo imuninį atsaką. Konkrečiai, mikrobų dirgiklių poveikis gali suaktyvinti imunines ląsteles, tokias kaip makrofagai, dendritinės ląstelės ir natūralios žudančios ląstelės, pagreitinti imuninių ląstelių dauginimąsi ir diferenciaciją bei pagerinti imuninių ląstelių gyvybingumą ir atsparumą ligoms. Be to, mikrobiniai dirgikliai taip pat gali skatinti uždegiminius atsakus ir imuninės sistemos reguliavimą bei pagerinti organizmo imuninę apsaugą nuo patogenų. Todėl pagrįstas mikrobų dirgiklių poveikis gali pagerinti žmogaus imunitetą. Matyti, kad reikia stiprinti imunitetą. Cistanche gali žymiai pagerinti imunitetą. Mėsos pelenuose yra įvairių biologiškai aktyvių ingredientų, tokių kaip polisacharidai, du grybai, Huang Li ir kt. Šie ingredientai gali stimuliuoti įvairių rūšių mėsą imuninėje sistemoje. ląstelės, didindamos jų imunitetą.

Spustelėkite cistanche naudą sveikatai

Raktažodžiai

Virškinimo trakto. Imunitetas. Regionalizavimas ir organoidai.

Įvadas

Virškinimo traktas (GI) reikalingas maistui virškinti ir eina nuo burnos ertmės per stemplę, skrandį, plonąją žarną ir storąją žarną iki išangės. GI spindį kolonizuoja daugybė komensalų, simbiontų ir kartais patogenų. Mikrobų kolonizacija vyksta gradientu, kai skrandyje yra mažiau nei 103 mikrobai/ml iki 103–107 mikrobų/ml plonojoje žarnoje ir 1011–1012 mikrobų/ml storojoje žarnoje (apžvelgta [1–3]). Nuo liaukinio skrandžio virškinamąjį traktą iškloja vienas stulpelių epitelio ląstelių sluoksnis. Šį epitelio sluoksnį sudaro skirtingos specializuotos ląstelės, glaudžiai surištos jungiamųjų baltymų kompleksų, sustiprinančių fizinį barjerą (1 pav.).

Sąveiką tarp žarnyno mikrobiotos, patogenų ir epitelio ląstelių skatina modelio atpažinimo receptoriai (PRR), įskaitant į Toll panašius receptorius (TLR), nukleotidus surišančius oligomerizacijos domenus (NOD) panašius receptorius (NLR) ir kitus. citozolinių receptorių (2 pav., apžvelgta [7, 11]). Šie PRR vaidina pagrindinį vaidmenį atpažįstant su mikrobais susijusius molekulinius modelius (MAMP) ir su pažeidimais susijusius molekulinius modelius (DAMP). Suaktyvinus PRR epitelio ląstelėse, pasroviui perduodamos signalizacijos kaskados sukelia skirtingų citokinų ir chemokinų ekspresiją uždegiminiais keliais, tokiais kaip NF-κB kelias, kad nukreiptų profesionalias imunines ląsteles (apžvelgta [8, 12–16]). Be klasikinių PRR, neseniai buvo atrasti ir kiti bakterinės veiklos jutikliai, tokie kaip alfa-kinazė 1 (ALPK1) [17–19]. Uždegimai, citoplazminiai kompleksai, sudaryti iš NLR baltymų, atpažįsta papildomus molekulinius modelius, tokius kaip bakterijų metabolitai (apžvelgta [7, 9]).

Virškinimo trakto įgimtas imuninis atsakas, įskaitant PRR jutimą, turi suderinti poreikį apsaugoti nuo potencialiai žalingų patogenų ir gebėjimą toleruoti įvairių luminalinių mikrobiomų poveikį. Taigi tikimasi, kad PRR signalizacijos raiška ir funkcija turės didelį poveikį ne tik patogenų jutimui, bet ir audinių homeostazei (1 langelis) ir uždegiminėms ligoms, įskaitant ūminį gastroenteritą, gastritą ir uždegimines žarnyno ligas (IBD) (apžvelgta 12, 13, 20, 21]). Nors kiekviena iš šių ligų pasižymi visiškai skirtinga patogeneze, jas turi vienas esminis bruožas: aplinkos ir organizmo sąsaja yra labai sutrikusi. Tačiau vyksta diskusijos, ar žarnyno epitelio sluoksnio pokyčiai, ypač turintys įtakos jo įgimtai imuninei funkcijai, yra minėtų ligų priežastis ar pasekmė.

Daugiausia žinių apie PRR signalizaciją surinkta iš kraujodaros ląstelių tyrimų. Buvo iššūkis atskirti PRR signalizacijos funkcijas epitelio ląstelėse nuo infiltruojančių imuninių ląstelių funkcijų. Pagrindinės kliūtys yra sunkumai išskiriant grynas epitelio ląsteles ir sukuriant patikimus antikūnus prieš PRR. Tobulėjant organoidams, gaunamiems iš žarnyno epitelio kamieninių ląstelių, dabar yra redukcionistinis eksperimentinis modelis, leidžiantis ištirti įgimtą pirminių epitelio ląstelių imuninį atsaką. Organoidai apibrėžiami kaip iš kamieninių ląstelių gautos, 3- matmenų ląstelių kultūros, kurios gali savarankiškai organizuotis ir išlaiko dalį pirminio organo funkcijų (pvz., sekreciją, filtravimą, absorbciją, susitraukimą). Kadangi organoidus galima auginti iš audiniuose gyvenančių suaugusiųjų kamieninių ląstelių (ASC) arba iš pluripotentinių kamieninių ląstelių (PSC), ląstelės nėra transformuojamos. Kartu abu organoidų tipai apima platų organų, kuriuos galima imituoti, repertuarą (apžvelgta [4, 22, 23]). Abi technologijos turi savo privalumų (apžvelgta [4, 22, 23]). Pavyzdžiui, iš ASC gautų organoidų kultūros turi didžiulį plėtimosi potencialą ir yra gana vienalytės, o iš PSC gauti organoidai yra sudėtingesni ta prasme, kad sujungia labai skirtingos vystymosi kilmės ląsteles (pvz., epitelio ir mezenchimines ląsteles). Iš PSC gauti organoidai leidžia analizuoti vystymosi etapus, tačiau gali nepasiekti viso diferenciacijos į epitelio sluoksnį lygio, kaip nustatyta in vivo [24]. ASC gauti organoidai, sukurti iš vaisiaus audinių, taip pat gali leisti ištirti vaisiaus epitelio brendimą, nes jie sensta kultūroje [24, 25].

Šioje apžvalgoje bus pabrėžtos įžvalgos iš tyrimų naudojant organoidus ir aptariamas šios technologijos potencialas tiriant epitelio įgimtą imunitetą. Mes orientuojamės į regioninę virškinimo trakto organizaciją.

Regioninė tapatybė ir įgimtas imuninis signalizavimas virškinimo trakte

Nagrinėjant virškinamojo trakto ligas svarbu atkreipti dėmesį, kad kai kurios iš jų apsiriboja tam tikra virškinimo trakto dalimi. IBD apima Krono ligą (CD) ir opinį kolitą (UC), kuriems būdingas skirtingas ir ligai būdingas uždegimo pobūdis: ŪK prasideda tiesiojoje žarnoje ir randamas storojoje žarnoje, o CD gali paveikti visas virškinimo trakto dalis. burnos ertmė iki išangės. Be to, CD būdingas segmentinis, nenutrūkstamas virškinimo trakto uždegimas, o UC paprastai apibūdinamas kaip nuolatinis gaubtinės žarnos uždegimas (apžvelgta [26, 27]). Stemplėje, skrandyje ir storojoje žarnoje vėžys yra didelis, o infekcija ir uždegimas gali paskatinti šių vėžio formų vystymąsi ir progresavimą (apžvelgta [28, 29]). Priešingai, piktybinė transformacija plonojoje žarnoje yra labai reta (apžvelgta [30]). Akivaizdus šių virškinimo trakto ligų specifiškumas segmentams tebėra mįslingas, tačiau kyla pagunda spėlioti, kad jų regionui būdinga kilmė yra susijusi su regionui būdingais glaudžiai subalansuotos epitelio barjerinės funkcijos, įgimto imuniteto ir gleivinės regeneracijos sistemos sutrikimais. . Todėl įdomu pabrėžti GI trakto segmentų skirtumus.

Virškinimo traktą sudaro keli anatomiškai apibrėžti segmentai, turintys labai skirtingas fizines funkcijas (apžvelgta [31]). Pagrindinė skrandžio funkcija yra maisto virškinimas ir patekusių ligų sukėlėjų pašalinimas skrandžio rūgštimi. Maisto medžiagos neturi pasiekti skrandžio epitelio sluoksnio; taigi, organizmas daug investuoja į apsauginį gleivių barjerą, apsaugodamas epitelio ląsteles ne tik nuo rūgšties, bet ir nuo luminalinio turinio (apžvelgta [32, 33]). Priešingai, pagrindinė plonosios žarnos funkcija yra ne tik virškinimas, bet ir maistinių medžiagų pasisavinimas. Atsižvelgiant į tai, plonosios žarnos paviršiaus plotas žymiai padidėja dėl gaurelių, išsikišusių į žarnyno spindį, kur ląstelių paviršiai glaudžiai liečiasi su maistinėmis medžiagomis. Didžioji dalis virškinimo vyksta proksimalinėje plonojoje žarnoje, dvylikapirštėje žarnoje ir tuščiojoje žarnoje, kur gaureliai yra ilgi ir ploni. Tuščiojoje žarnoje yra didžiausias Paneth ląstelių, išskiriančių antimikrobinius peptidus, santykis [34], kurios puošia gana birias gleives ir taip apsaugo epitelio sluoksnį ir išlaiko kriptas sterilias (apžvelgta [35]).

Gaureliai laipsniškai trumpėja ir platėja link klubinės žarnos (apžvelgta [36]), kur vėlgi, gleivės perima svarbią apsaugos dalį: esant didžiausiam taurelių ląstelių santykiui, klubinėje žarnoje yra storesnis gleivių sluoksnis ir žemesnis. virškinimo ir absorbcijos greitis nei tuščiojoje žarnoje [34] (apžvelgta [31]). Galiausiai dvitaškis sugeria vandenį ir investuoja į platų, storą ir dvisluoksnį gleivių dangą, kad galėtų saugiai laikyti trilijonus komensalinių bakterijų. Storojoje žarnoje nėra gaurelių, o kriptos yra mažesnės nei plonosios žarnos. Paneth ląstelių nėra, o taurinių ląstelių santykis gali būti iki 25 procentų epitelio sluoksnio [37]. Taigi, trys žarnyno segmentai turi skirtingas strategijas, kaip išlaikyti saugų atstumą tarp epitelio ląstelių ir mikrobiotos. MAMP atpažinimas ir imuninių takų aktyvinimas yra dar vienas šios sąveikos sluoksnis, todėl logiška, kad jie taip pat yra struktūrizuoti išilgai virškinimo trakto (apžvelgta [38]). Tačiau tai išlieka įdomi mįslė, kas tiksliai formuoja PRR organizacijos struktūrą.

Nors intuityviai suprantama, kad genai, svarbūs regioninėms funkcijoms, tokioms kaip virškinimas ir maistinių medžiagų įsisavinimas, seka erdvinį skirstymą išilgai cefalokaudalinės ašies (apžvelgta [39]), epitelio įgimtam imuniniam signalizavimui tokios organizacijos nebuvo tikimasi. Ankstesni tyrimai pranešė apie PRR signalizacijos reguliavimą reaguojant į stimuliavimą MAMP. Pavyzdžiui, TLR4 jautrumas mažėja po gimimo, tikriausiai dėl LPS poveikio gimdymo metu ir vėlesnės žarnyno kolonizacijos [40]. Be to, TLR9 stimuliavimas jo ligandu CpG-DNR sumažina Tlr4 ekspresiją ir slopina TLR4 signalizaciją [41]. Taigi buvo tikimasi, kad kontaktas su virškinimo trakte esančiais mikroorganizmais, jų molekulėmis ir metabolitais nutildys PRR ekspresiją žarnyno spindžio link (apžvelgta [14]). Tačiau prieštaringi rezultatai, atsiradę dėl techninių sunkumų, pvz., nepatikimų antikūnų, nukreiptų į TLR, sukėlė painiavą šioje srityje ir buvo neaišku, ar konkretus PRR buvo išreikštas, ar ne (apžvelgta [42]). Ankstyvieji Northern blotai Tlr2 ir Tlr4 mRNR ex vivo izoliuotose epitelio ląstelėse parodė, kad šių dviejų Tlr molekulių ekspresijos lygiai buvo specifiniai segmentui: Tlr2 daugiausia buvo ekspresuojamas gaubtinėje žarnoje, o Tlr4 daugiausia buvo ekspresuojamas skrandyje ir storojoje žarnoje. Autoriai tai pavadino " strateginis šių TLR suskirstymas“ [43]. Naujausi tyrimai atskleidė, kad šis segmentui būdingos išraiškos principas apima ne tik šiuos du TLR, bet ir atskleidė labai sudėtingą regioninę PRR signalizacijos organizaciją, kuri ne visada atitinka mikrobų apkrovą [44, 45].

Pirmasis iš dviejų tyrimų buvo atliktas iš Barton grupės ir atskleidė kelis TLR išraiškos organizavimo lygius. Grupė sukūrė penkias reporterių pelių padermes, leidžiančias atitinkamai atlikti TLR2, 4, 5, 7 ir 9 ekspresijos analizę. TLR2 ir 5 buvo išreikšti plonojoje žarnoje ir proksimalinėje dvitaškyje, TLR4 buvo išreikštas dvitaškyje, o TLR7 ir 9 nebuvo išreikšti. Reporterio ekspresija šių pelių organoiduose labai mėgdžiojo ekspresiją in vivo, o tai rodo, kad ekspresija nepriklauso nuo kontakto su mikrobiota ar imuninėmis ląstelėmis [45].

Antrajame tyrime buvo naudojamas šviežiai sukurtų žmogaus ir pelių organoidų biobankas, apimantis skirtingus virškinimo trakto segmentus: korpusą, pylorus, dvylikapirštę žarną, tuščiąją žarną, klubinę žarną ir gaubtinę žarną. Transkripcijos organoidų analizė patvirtino Bartono grupės pateiktus TLR raiškos modelius, bet be to, atskleidė didžiulį skirtingą TLR, NLR, uždegiminių komponentų ir kitų įgimtų su imunitetu susijusių genų raišką (3 pav. ir [44) ]). Pavyzdžiui, Nod2 daugiausia buvo išreikštas skrandyje, o kelių uždegiminio kelio komponentų, tokių kaip Nlrp1b, Nlrp6 ir Aim2, ekspresija buvo apribota žarnyne. Įvairūs receptoriai buvo vienodai išreikšti; Pavyzdžiui, Tlr3 ekspresija buvo aptikta kiekviename pelių virškinimo trakto segmente dideliais kiekiais, tuo tarpu Tlr5 buvo išreikšta kiekviename segmente, bet mažais kiekiais [44]. Todėl atrodo, kad kiekvienas segmentas turi savo specifinį įgimtų imuninių receptorių ir signalizacijos komponentų komplementą.

Palyginus pelę su žmogaus virškinimo trakto organoidais, paaiškėjo, kad abiejose rūšyse sudėtingo PRR signalizacijos komponentų organizavimo principas buvo tas pats, tačiau atskiri PRR ekspresijos profiliai gali skirtis. Kai kurie PRR, tokie kaip TLR4 ir NLRP6, buvo panašiai išdėstyti abiejų rūšių virškinimo trakte. TLR4 buvo išreikštas daugiausia skrandyje ir storojoje žarnoje, o NLRP6 ekspresija apsiribojo žarnyno segmentais. Kita vertus, keli PRR, tokie kaip TLR1 ir TLR2, parodė abiejų rūšių modelius, kurie skyrėsi. Pelės organoidų abiejų ekspresija padidėjo virškinimo trakte ir buvo didžiausia gaubtinėje žarnoje, o žmogaus organoidų ekspresija buvo didžiausia skrandyje ir sumažėjo išilgai virškinimo trakto [44]. Be to, TLR5 ekspresija buvo didesnė žmogaus organoiduose, o didžiausias kiekis buvo pastebėtas skrandyje [44].

Kaip minėta pirmiau, organoidai taip pat leidžia patikrinti, ar tam tikras kelias yra funkcionalus, pridedant ligandą ir vėliau analizuojant tikslinio geno ekspresiją. Papildant regionui būdingą ekspresijos analizę, tyrimas taip pat parodė, kad žmogaus ir pelių organoidai turi specifinę regiono funkciją: pelių skrandis reagavo į TLR4 ligandą LPS, bet ne į TLR2 ligandą PAM3CSK4 ar TLR5 ligandą flagelliną, padidindamas NF-reguliavimą. κB tikslinis genas Cxcl2. Pelės tuščioji žarna padidino Cxcl2 reguliavimą, reaguodama į PAM3CSK4 ir flagelliną, bet ne reaguodama į LPS. Be to, dvitaškis išreiškė Cxcl2, reaguodamas į visus šiuos 3 išbandytus ligandus [44]. Priešingai, žmogaus organoidai iš visų regionų išreiškė žmogaus Cxcl2 analogą IL-8 reaguodami į flagelliną, bet ne reaguodami į LPS ir PAM3CSK [44]. Taigi ne tik PRR išraiška, bet ir funkcija žarnyne yra labai organizuota ir būdinga segmentui. Šie eksperimentai buvo atlikti pridedant stimulą į organoidinę terpę, taip stimuliuojant tik bazinę pusę, nes viršūninė pusė yra nukreipta į sandarų organoidų spindį. Kiti eksperimentai parodė, kad yra dar aukštesnis organizavimo lygis, nes PRR ekspresija segmente gali būti apribota tam tikrais ląstelių tipais ar net tarpląstelinėmis vietomis, tokiomis kaip tik bazinis skyrius. Tai išsamiau aprašyta toliau.

Kiekvienas virškinimo trakto regionas išreiškia specifinį įgimtų imuninių genų rinkinį. Nors apibendrinti sunku, dabartiniai duomenys rodo, kad TLR labiausiai išreiškiami skrandyje ir storojoje žarnoje, o plonojoje žarnoje būdinga uždegiminių komponentų ekspresija. Šiuo metu pagrindinis molekulinis mechanizmas ir evoliucinė nauda yra neaiškūs.

Įtariame, kad dėl fizinių ir cheminių kliūčių, dengiančių epitelio sluoksnius skirtinguose žarnyno segmentuose, reikia stebėti konkrečias grėsmes. Pavyzdžiui, skrandis ir storoji žarna turi dvisluoksnį storą gleivių sluoksnį, o vidinis gleivių sluoksnis yra tvirtai pritvirtintas prie epitelio sluoksnio, o plonąją žarną dengia plonas klampus gleivių sluoksnis [46]. Skirtingos gleivių sluoksnių struktūros savo ruožtu greičiausiai atsiranda dėl skirtingų atitinkamų žarnyno segmentų funkcijų (virškinimo ir maistinių medžiagų įsisavinimo ir vandens rezorbcijos). Galima įsivaizduoti, kad gleivių storis turi įtakos tam tikrose vietose būtinų PRR tipui.

Specializuotos ląstelės su imunine funkcija epitelyje

Ilgalaikė epitelio įgimto imuniteto koncepcija yra ląstelių tipui būdingo įgimto imuniteto atpažinimas. Specializuotų epitelio ląstelių, turinčių gynybos funkciją, prototipai yra mikrokartinės (M) ląstelės ir Paneth ląstelės, kurias neseniai papildė specializuota taurės ląstelė, sarginė taurė. Tokių specializuotų ląstelių egzistavimas išryškina sudėtingas ir perteklines sistemas, užtikrinančias maistinių medžiagų įsisavinimo pusiausvyrą, sambūvį su mikrobiota ir galimų įsibrovėlių stebėjimą. Nukreipta organoidų diferenciacija dabar taip pat leidžia tirti šias ląsteles ląstelių kultūroje.

M ląstelės yra su folikulais susijusiame epitelyje, dengiančiame Peyerio pleistrus. Jie turi unikalią morfologiją su netaisyklingomis šepečių kraštinėmis ir sumažintomis mikrovielių struktūromis. Jų vaidmuo yra pernešti antigenus žarnyno spindyje per epitelio sluoksnį į apatinį limfoidinį audinį, kad būtų reguliuojamas imuninis atsakas [47]. Įrodyta, kad pačios M ląstelės ir su folikulais susijęs epitelis išreiškia keletą TLR [48] (apžvelgta [14]). Tačiau M ląsteles buvo sunku ištirti, nes epitelio audinyje jų nėra daug ir jos randamos tik šalia sudėtingos Peyerio pleistrų struktūros [47]. Nepaisant to, M ląstelės gali būti generuojamos organoidinėse kultūrose, naudojant nukreiptą diferenciaciją. Tam į terpę pridedamas NF-κB ligando (RANKL) receptorių aktyvatorius, kuris padidina M ląstelių diferenciacijai būdingą transkripcijos faktorių SpiB [49]. Organoidai, sukurti iš pelių, kurioms genetiškai trūksta NF-κB subvieneto RelB, po stimuliacijos RANKL negali gaminti M ląstelių, o tai rodo, kad NF-κB aktyvacija yra būtina M ląstelių vystymuisi [50]. Žmogaus organoidinėje kultūroje, be RANKL, limfotoksinas ir retinoinė rūgštis yra labai svarbūs skatinant diferenciaciją iki M ląstelių. Šios M ląstelės specifiškai paima enterinius virusus, tokius kaip rotavirusas ir reovirusas, o tai rodo teisingą natūralios M ląstelių funkcijos fenokopiją ir organoidinėse kultūrose [51]. Būsimas organoidinis darbas turės ir toliau atskleisti epitelio NF-κB signalizacijos, M ląstelių vystymosi ir ryšio su imuninėmis ląstelėmis ryšį.

Paneth ląstelės yra susimaišiusios su žarnyno kamieninėmis ląstelėmis kriptos apačioje ir ilgą laiką buvo laikomos kamieninių ląstelių skyriaus sergėtojais, nes išskiria antimikrobinius peptidus. Pavyzdžiui, Paneth ląstelės išskiria alfa-defenzinus – šį procesą, kaip įrodyta, reguliuoja mikrobų modeliai ir įgimti imuniniai mechanizmai [52, 53]. Be to, NOD2, kuris pirmą kartą buvo aptiktas pelių plonosios žarnos kriptoje [54], reguliuoja kelių alfa-defenzinų sekreciją iš Paneth ląstelių, o tai savo ruožtu suaktyvina adaptyvųjį imunitetą. Paneth ląstelės taip pat išreiškia TLR5, o Paneth ląstelėmis praturtinti organoidai išreiškia ypač aukštą TLR5 lygį. RNR sekos nustatymas po stimuliacijos atskleidžia, kad nors normalūs plonosios žarnos organoidai, reaguodami į stimuliavimą flagellinu, pvz., NF-kB sukeltų citokinų, išreiškia tik nedidelį kiekį TLR5 pasroviui esančių tikslinių genų, organoidai, skirti turėti daug Paneth ląstelių, yra daug stipresni. atsakas, o tai rodo, kad Paneth ląstelės yra pagrindinės reaguojančios į flagelliną plonojoje žarnoje [44, 45]. Priešingai nei tikslinio geno ekspresija, dramatiškiausią Paneth ląstelių atsaką (degranuliaciją, ekstruziją ir ląstelių mirtį) sukelia ne stimuliavimas TLR ligandais, o reikia stimuliuoti profesionaliu imuninių ląstelių kilmės citokinu gama interferonu [55]. Šie organoidų rezultatai sutampa su stebėjimais, rodančiais Paneto ląstelių degranuliaciją ir ekstruziją po gama interferono stimuliacijos in vivo [55]. Tai elegantiškai pabrėžia kontrolės ir pusiausvyros sistemą epitelio sluoksnyje.

Taurės ląstelės yra svarbios epitelio gynybai, nes jos gamina glikozilintus mucinus, labai svarbius gleivių barjerui epitelio sluoksnyje susidaryti (apžvelgta [56]). Pelėms MUC2 trūkumas sukelia spontanišką uždegimą ir padidina jautrumą infekcijai [57, 58]. Neseniai pelės dvitaškyje buvo aprašytas taurių ląstelių pogrupis, pavadintas sarginėmis taurių ląstelėmis. Naudojant audinių eksplantus, tyrime nustatytas gleivių sluoksnio sustorėjimas reaguojant į TLR1/2, 4 ir 5 ligandų, bet ne TLR9, NOD1 ir NOD2 ligandų poveikį [59], atitinkantį ankstesnę Tlr 2 ataskaitą. ,4 ir 5 ekspresuojami taurelės ląstelėse [60]. Autoriai nustatė, kad atsakas taip pat priklausė nuo Nlrp6 uždegimo buvimo ir buvo nepriklausomas nuo gleivinės limfocitų, naudojant audinius iš daugelio išmuštų pelių [59]. Be to, ankstesnė ataskaita parodė NLRP6 uždegimo svarbą taurių ląstelių gleivių sekrecijai [61]. Vaizdas atskleidė, kad specifinės taurės ląstelės, esančios kriptos viršūninėse srityse, endocituoja fluorescenciniu būdu pažymėtą LPS [59]. Šios naujai pavadintos sarginės taurės ląstelės po gydymo TLR ligandais ne tik greitai degranuliuojasi ir epitelio išstūmimas, bet ir perduoda kalcio signalą kaimyninėms ląstelėms per tarpląstelinius citoplazminius tiltelius, suformuotus tarpų jungčių, greičiausiai stimuliuojančių kitas taurių ląsteles didinti gleivių sekreciją [59]. . Tiek taurės ląstelės, tiek Paneth ląstelės priklauso sekrecinei linijai. Organoidai leidžia nukreipti diferencijavimą pagal abiejų ląstelių tapatybes, todėl gaunami organoidai, labai praturtinti arba taurės ląstelėse, arba Paneto ląstelėse [62]. Šių iškreiptų organoidų transkriptų palyginimas padėjo nustatyti pagrindinius diferenciacijos kelio reguliatorius [63]. Tolesnė omikos duomenų analizė ir šių organoidų funkcinė analizė leis geriau suprasti abiejų ląstelių tipų vaidmenį įgimtoje imuninėje gynyboje.

Galiausiai, buvo pranešta, kad pačios kamieninės ląstelės išreiškia specifinius PRR, tokius kaip TLR4 [64, 65], kurių nėra pelių plonosios žarnos gaurelių ar Paneto ląstelėse [66]. Be to, atrodo, kad didžioji Nod2 ekspresijos dalis pelių kriptoje apsiriboja kamieninėmis ląstelėmis [67]. Stimuliavimas NOD2 ligandu padidino kamieninių ląstelių išgyvenimą ir organoidų susidarymą, o tai rodo, kad PRR stimuliavimas taip pat gali tiesiogiai reguliuoti žarnyno epitelio regeneraciją.

Be jokios abejonės, dabartinės pastangos sukurti genų ekspresijos atlasus, apimančius kiekvieną ląstelių tipą, netrukus suteiks išsamesnį vaizdą apie įgimto imuninio signalo ląstelėje organizaciją žarnyne ir visame kūne [68–71] ].

Ląstelių poliškumas ir šalutiniai specifiniai įgimti imuniniai atsakai

Galiausiai taip pat svarbu atsižvelgti į tai, kad virškinimo trakto epitelio ląstelės yra labai poliarizuotos, o specializuota viršūninė pusė yra nukreipta į žarnyno spindį su jos mikrobiota, o bazolaterinė pusė yra nukreipta į audinį. Esant homeostazei, MAMP pasiekia tik viršūninę pusę. Tačiau, kai pažeidžiamas epitelio barjeras, mikroorganizmai taip pat gali užginčyti bazolaterinę pusę. Taigi buvo iškelta hipotezė, kad epitelio ląstelės gali selektyviai sukurti priešuždegiminį atsaką tik tada, kai stimuliuojamos iš bazolaterinės pusės, kad atitiktų signalo keliamą grėsmę. Pavyzdžiui, buvo įrodyta, kad vėžio ląstelių linijose TLR9 sukelia skirtingus signalizacijos kelius, kai stimuliuojamas iš viršūninės arba bazolaterinės pusės [72], o TLR5 sukėlė tik NF-κB atsako geną IL-8, kai stimuliuojamas iš bazinės pusės [73]. ].
Nors ankstesniuose tyrimuose, kuriuose buvo naudojamas antikūnų žymėjimas prieš TLR, buvo pranešta apie specifinę ekspresiją tik vienoje pusėje (apžvelgta [14, 16]), TLR reporterių pelių analizė naudojant dažymą HA žyme to nepatvirtino, o parodė TLR2, 4 ir 5. receptoriai tiek viršūninėje, tiek bazinėje proksimalinės gaubtinės žarnos pusėse, taip pat kai kurie tarpląsteliniai TLR4 [45]. Šie akivaizdūs skirtumai greičiausiai atsiranda dėl skirtingų techninių metodų.

Organoidai dabar leidžia tiesiogiai atlikti funkcinius šalutinio specifinio imuninio atsako testus, nes organoiduose išlaikoma ląstelių poliarizacija. Standartinėmis sąlygomis, kai organoidai auginami ekstraląstelinėje matricoje, viršūninė pusė yra nukreipta į organoido spindį, o bazinė pusė – į ekstraląstelinę matricą [74–76]. Kai auginami už tarpląstelinės matricos ribų, poliškumas gali pasikeisti [77, 78]. Kai ląstelės iš organoidų sėjamos ant standartinių ląstelių kultūros paviršių, tokių kaip auginimo lėkštelės ar transwell’ai, viršūninė pusė atsukta į duobutės spindį [44, 79–82].

Keletas tyrimų naudojo organoidus, kad patikrintų bendrą tam tikrų PRR funkciją, nenagrinėjant specifinių viršūninės ir bazinės stimuliacijos skirtumų. Šie tyrimai apėmė stimulą organoidų terpėje, kuri standartinėmis sąlygomis stimuliuoja bazinę ląstelės pusę. Taikant šį metodą, po bazinės stimuliacijos TLR4 ligandais skrandyje, TLR2 ir 3 plonojoje žarnoje ir TLR2, 3, 4 ir 5 pelių gaubtinėje žarnoje buvo nustatytas NF-κB pasroviui esančių tikslinių genų reguliavimas [44, 45, 83] ir TLR2 ir 5 ligandams žmogaus skrandyje ir TLR5 plonojoje žarnoje ir storojoje žarnoje [44]. Be to, bazinis pelių gaubtinės žarnos organoidų stimuliavimas TLR4 agonistais sukėlė ląstelių diferenciaciją, ypač link sekrecijos linijos [64], o NOD2 agonistai padidino kamieninių ląstelių išgyvenimą [67, 84], o taurinas stimuliavo nuo NLRP{20}}priklausomą reguliavimą. uždegiminio pasroviui skirto tikslinio geno IL-18 [85]. Visuose šiuose tyrimuose viršūninė stimuliacija nebuvo išbandyta.

Tik keliuose tyrimuose buvo nagrinėjamos specifinės PRR funkcijos. Pažymėtina, kad, priešingai nei tyrimai, kuriuose buvo naudojamos poliarizuotos vėžio ląstelių linijos, iki šiol nė vienas tyrimas, kuriame naudojami organoidai, nenustatė tipiško NF-κB priklausomo priešuždegiminio geno aktyvavimo. Transvelo monosluoksniai, gauti iš žmogaus gaubtinės žarnos organoidų, išreiškia panašų NF-κB tikslinio geno IL-6 lygį, kai stimuliuojami iš viršūninės arba bazinės pusės TLR1/2, 3, 4, 5, 7/8 ir 9 ligandais. [82]. Pelių skrandžio organoidai taip pat reagavo į viršūninę stimuliaciją TLR4 ligandu LPS atliekant kelis tyrimus, įskaitant transwellus ir LPS mikroinjekciją į organoidų spindį [44]. Pelės plonosios žarnos epitelio ląstelės neekspresavo NF-κB tikslinio geno icam1, reaguodamos į daugybę ligandų, neatsižvelgiant į tai, ar jie buvo pridėti prie nepažeistų organoidų, taip stimuliuojant bazinę pusę, ar pridedami prie atskirų, atskirtų ląstelių, taip stimuliuojant visas pusės [55].

Tačiau, žvelgiant ne tik į NF-κB atsaką, neseniai atliktas tyrimas nustatė specifinę TLR3 funkciją ir jos svarbą virusinei infekcijai [82]. Eksperimentų su žmogaus gaubtinės žarnos organoidiniais monosluoksniais rezultatai parodė, kad svarbiausių viruso gynybos genų I ir III tipo interferono ekspresija buvo padidinta po bazinės stimuliacijos TLR3 agonistu, bet ne po stimuliacijos kitais TLR agonistais. Panašiai, kai buvo užsikrėtę virusu, organoidų interferono atsakas buvo daug stipresnis, kai buvo užkrėstas iš bazinės pusės, palyginti su infekcija iš viršūninės pusės. Tai buvo matoma iš organoidų gautuose monosluoksniuose, taip pat organoiduose, kuriems buvo mikroinjektuotas virusas. Be to, tyrimas nustatė, kad klatrino rūšiavimo adapteris AP-1B yra molekulė, atsakinga už poliarizuotą TLR3 ekspresiją. Atitinkamai, pelėms, kurioms trūko Ap-1b, po virusinės infekcijos paūmėjo imuninis atsakas [82]. Tai patvirtina poliarizuotą PRR funkciją ir pabrėžia šio reguliavimo lygio svarbą toliau moduliuojant patogenų atpažinimą ir gynybą.

Kol kas nėra „vieno dydžio visiems“ atsakymo į poliškumo klausimą, o konkrečiai vietai būdingo PRR signalizacijos pobūdžio sprendimas tebėra techniškai sudėtinga ateities užduotis.

Tolerancija kaip atsakas į kolonizaciją ir kaip numatytoji vystymosi programa

Vis dar neaiškūs mechanizmai, prisidedantys prie epitelio įgimto imuniteto organizavimo. Pagrindinė koncepcija šiuo atžvilgiu buvo tolerancijos sukėlimas po sterilaus žarnyno kolonizacijos gimimo metu, vadinamasis galimybių langas (apžvelgta [86–88]). Ši koncepcija postuluoja įgimtos ir prisitaikančios imuninės sistemos pradinį laikotarpį po gimimo, kuris sudaro sąlygas imuninei homeostazei ir vėlesnei šeimininko ir mikrobų sąveikai.

Naujagimių imuninė sistema ir epitelio įgimtas imunitetas yra unikaliai pasirengę valdyti šį perėjimą nuo sterilumo prie sambūvio su mikrobiota. Gimimo metu žmogaus naujagimio žarnynas yra visiškai subrendęs su žarnyno gaureliais ir kriptomis, kuriose yra Paneth ląstelių. Pelės naujagimių žarnyno epitelio sluoksnis yra labiau nesubrendęs ir patiria dramatiškus pokyčius, išmatuojamus transkripto lygmeniu, lyginant skirtingus vystymosi etapus [89] ir matomus audinių architektūroje bei ląstelių diferenciacijoje: kripto-viluso ašis dar nesusiformavusi ir ląstelių proliferacija vyksta. žemesnė, be ląstelių migracijos ar eksfoliacijos. Jame nėra subrendusių Paneth ląstelių; tačiau enterocitai gamina į katelicidiną panašų antimikrobinį peptidą (CRAMP) [90]. Paneth ląstelės atsiranda, kai kriptos susidaro praėjus 2 savaitėms po gimimo [91]. Nujunkymo metu epitelis yra visiškai suformuotas su kriptomis ir gaureliais, enterocitais, tauriosiomis ląstelėmis ir enteroendokrininėmis ląstelėmis; Paneth ląstelės perėmė antimikrobinių peptidų gamybą; o taurelės ląstelės padidino mucinų gamybą, kad susidarytų gleivių sluoksnis (apžvelgta [92]).

Šis nuo amžiaus priklausomas epitelio perėjimas eina kartu su laipsnišku TLR5 ekspresijos mažėjimu plonosios žarnos epitelyje. Tuo pačiu metu TLR3 ekspresija padidėja naujagimių laikotarpiu. Kiti PRR, tokie kaip TLR2, 4 ir 9, yra išreiškiami panašiu lygiu naujagimių ir suaugusių pelių organizme [45, 93].

Mechanizmai, lemiantys PRR ekspresijos ir funkcijos reguliavimą po gimimo, lieka neaiškūs. Kaip minėta pirmiau, keli tyrimai pasiūlė aplinkos, ypač mikrobų kolonizacijos, indėlį reguliuojant PRR ekspresiją po gimimo [40, 41] (apžvelgta [14]). Tačiau pelėms, kuriose nėra mikrobų, ir be specifinių patogenų, TLR ekspresija nesiskyrė nei plonojoje, nei storojoje žarnoje, o tai rodo, kad nei TLR3 padidėjimas, nei TLR5 sumažėjimas šiuo ankstyvuoju laikotarpiu nepriklauso nuo mikrobiotos [45, 93]. Be to, organoiduose daugelio, bet ne visų, PRR signalizacijos komponentų ekspresija jau buvo apibrėžta organoiduose iš audinių, kurie niekada neturėjo sąlyčio su mikrobiniais produktais [44]. Tai rodo, kad didelė dalis įgimtų imuninės sistemos signalizacijos kelių yra apibrėžiama nepriklausomai nuo kontakto su mikrobiota ir, atrodo, yra nulemta numatytųjų vystymosi procesų, tokių kaip aukščiau aprašyti, kurie formuoja bendrą audinių tapatybę išilgai virškinimo trakto. . Tai neatmeta tolesnio PRR raiškos koregavimo aplinkos faktoriais suaugus.

Savalaikio epitelio mikrobų sąveikos reguliavimo svarba išaiškėja, kai nesubrendusiam epiteliui per anksti susiduriama su mikrobų kolonizacija: neišnešioti naujagimiai yra linkę išsivystyti nekroziniam enterokolitui (NEC), kuriam būdinga žarnyno nekrozė, sisteminis sepsis ir daugelio organų. nesėkmė. Nors patogenezė laikoma daugiafaktorine, keli tyrimai parodė, kad jis vystosi reaguojant į priešuždegiminių signalų perdavimo ir atstatymo mechanizmų pusiausvyros sutrikimą priešlaikiniame žarnyne (apžvelgta [94]), ir buvo pasiūlytas PRR indėlis [41, 65, 95]. –97]. Keletas tyrimų naudojo žmogaus vaisiaus organoidus [24, 98, 99], normalius pelių organoidus, paveiktus bakterijų ir hipoksijos modeliui NEC [100], arba organoidus iš pelių NEC modelio, taip pat iš NEC pacientų [101]. Būsimuose tyrimuose bus naudojami šie nustatyti ir nauji organoidiniai modeliai, siekiant toliau apibrėžti epitelio indėlį į NEC.

Nuo epitelio priklausomų IBD aspektų modeliavimas naudojant organoidus

Žarnyno epitelio barjero vientisumo praradimas yra esminis IBD, ty CD ir UC, požymis, ir atrodo, kad jį sukelia daugiafaktorinė genetinio polinkio, aplinkos veiksnių, žarnyno mikrobiotos pokyčių ir vietinio bei sisteminio imuninio atsako pakitimų sąveika (apžvelgta [27]). Dabartinės terapijos priemonės daugiausia nukreiptos į (nenormalų) imuninį atsaką sergant IBD, kuris yra susijęs su dideliu nereaguojančių asmenų skaičiumi ir šalutiniu poveikiu (apžvelgta [27]). Norint nustatyti naujus terapinius taikinius, kurie taip pat gali tiesiogiai paveikti žarnyno epitelio barjero atkūrimą ir tokiu būdu gleivinės gijimą, reikia geriau suprasti epitelio specifinį indėlį į IBD patofiziologiją.

Norėdami sužinoti apie epitelio patologiją, kelios grupės sukūrė gyvus biobankus, sudarytus iš organoidų, gautų iš atskirų pacientų, sergančių UC ar CD. Nors šis metodas yra akivaizdus, ​​iki šiol tik keli tyrimai pranešė apie organoidų, gautų iš šios pacientų grupės, rezultatus [102–104]. Tai galima paaiškinti pastebėjimu, kad organoidus iš pacientų, sergančių IBD, sukurti sunkiau. Mūsų pačių patirtis rodo, kad iš CD sergančių pacientų gauti organoidai auga lėčiau per pirmuosius pasėjimus, o kai kurie mėginiai buvo prarasti, o tai buvo susiję su didesniu bakterijų užterštumu kultūrose [105].

Apibūdinant organoidus, gautus iš pacientų, sergančių IBD, buvo nustatytas fenotipas su sumažėjusiu dydžiu ir pumpurų augimu, padidėjusiu ląstelių žūties greičiu, luminalinėmis nuolaužomis ir iš dalies atvirkštine epitelio ląstelių poliarizacija [106]. Pasaulinis UC ar CD sergančių organoidų ir sveikų kontrolinių asmenų palyginimas parodė, kad žarnyno epitelio transkripcijos ir metilinimo skirtumai išliko in vitro [102, 103, 107]. Be to, ankstesnis tyrimas iš organoidų, gautų iš pacientų, sergančių CD, parodė nuolatinius žarnyno kamieninių ląstelių pokyčius IBD. Tai buvo pagrįsta pastebėjimu, kad organoidai, sukurti iš aktyvių CD pažeidimų, palaikė aukštą žarnyno epitelio kamieninių ląstelių žymenų ekspresijos lygį [108]. Tai tam tikru mastu buvo patvirtinta neseniai atliktame tyrime, kurio metu gaubtinės žarnos organoidai, gauti iš vaikų IBD sergančių pacientų, parodė ilgalaikį antigenus pateikiančių genų ekspresijos modelį [109].

Daugiausia dėmesio skiriant žarnyno epitelio barjerinės funkcijos pokyčiams, įskaitant sandarių jungčių ir desmosomų praradimą, kurie paprastai randami sergant IBD [110], buvo įrodyta, kad CD sergančių pacientų organoidai išlaiko šį jungties pakitimų fenotipą auginimo sąlygomis [105]. Tai buvo ypač aktualu, kai organoidai buvo sukurti iš stipraus uždegimo vietų [105]. Jungtinių baltymų kiekio sumažėjimas taip pat gali būti sukeltas sveikų donorų organoiduose, naudojant priešuždegiminį citokiną TNF- ir (arba) IFN- [106, 111]. Tačiau fiksuotas jungiamųjų baltymų pokyčių modelis organoiduose iš pacientų, sergančių IBD, buvo pastebėtas tik baltymų, bet ne mRNR lygiu [105].

Šie stebėjimai rodo, kad IBD pacientų organoiduose yra nustatyti keli pokyčiai. Pastebėjimas, kad kai kurie, bet ne visi, nuolatiniai pokyčiai matomi tik baltymų, bet ne RNR lygyje, rodo, kad IBD sergančių pacientų organoiduose yra nuolatinių pokyčių po transkripcijos arba baltymų skaidymas. Tačiau tai dar reikia išsamiai ištirti.

Kas tiksliai sukelia nuolatinius uždegimo epitelio ekspresijos modelių pokyčius, neaišku. Jau seniai buvo įtariamas mikrobiotos poveikis; tačiau neseniai atliktas tyrimas parodė, kad laikui bėgant mikrobiotos poveikis epiteliui prarandamas [112]. Tyrimo metu buvo palygintos kelios pelių patalpos, nes buvo nustatyta, kad skirtingos pelių kolonijų mikrobiomų sudėtys yra klaidinantys veiksniai in vivo tyrimuose. Siekiant išsiaiškinti šį poveikį, tyrime buvo lyginami pelių be gemalų epitelio izoliatai ir organoidinės kultūros ir dvi atskiros specifinės patogenų neturinčios pelių kolonijos su skirtinga mikrobiota. Nors šviežiai išskirtas epitelis parodė mikrobiotos poveikio įspaudą RNR ir baltymų lygiui, šis poveikis buvo prarastas po kelių savaičių plonosios žarnos organoidų kultūros [112]. Be to, pasaulinis organoidų, gautų iš tų pačių IBD pacientų uždegiminių ar neuždegtų regionų, genų ekspresijos palyginimas parodė, kad uždegiminių regionų IBD organoidai prarado uždegiminio geno ekspresiją jau po kelių savaičių kultūroje. Tada organoidų transkriptai buvo suskirstyti į grupes kiekvienam pacientui; taigi išliko nuolatiniai skirtumai tarp IBD ir sveikų kontrolinių grupių. Tada IBD organoidų uždegiminis fenotipas gali būti vėl sukeltas pridedant citokinų kokteilį [107]. Apskritai tai rodo, kad nuolatiniai IBD pacientų organoidų pokyčiai nepriklauso nuo kontakto su mikrobiota ar citokinais.

Taigi, nors pagrįsta spėlioti, kad kai kuriuos nuolatinius žarnyno epitelio ląstelių pokyčius pacientams, sergantiems IBD, gali sukelti įgimtos imuninės signalizacijos pokyčiai, šiuo metu tai yra mažai įrodymų. Be to, ne visi epitelio pokyčiai, pastebėti uždegiminiuose žarnyno regionuose, yra visam laikui išsaugoti išvalytame epitelyje, o tai rodo svarbų vietinės aplinkos indėlį. Ateityje nauji tyrimai su sudėtingesniais organoidiniais modeliais, taip pat apimančiais imunines ląsteles, uždegiminių citokinų stimuliavimą ir bendras kultūras su mikroorganizmais, turėtų padėti išsamiau išnagrinėti šią hipotezę.

Išvados, ateities perspektyvos ir perspektyvos

Apibendrinant galima pasakyti, kad nors daugelis virškinimo trakto ligų lieka nevisiškai suprantamos, vis daugiau įrodymų rodo, kad virškinimo trakto epitelio vaidmuo daugelio jų patogenezėje yra labai svarbus, nors konkretus jo vaidmuo lieka neaiškus.

Ribotos žinios apie įgimtą virškinimo trakto epitelio imuninę funkciją buvo priskiriamos tinkamų eksperimentinių modelių trūkumui. Įdiegus organoidinę technologiją, buvo žengtas didelis žingsnis siekiant išspręsti šią problemą. Organoidai, pagaminti iš kiekvieno virškinamojo trakto regiono, gerokai papildys turimas žinias. Kaip atskleidė ankstesni tyrimai, organoidų generavimas suteikia lemiamą pranašumą, nes gali stebėti pirminių virškinimo trakto ląstelių atsakus, o ne transformuotas ląstelių linijas, kurios dažniausiai susidaro iš virškinimo trakto piktybinių navikų. Viena iš patraukliausių organoidų savybių yra ta, kad jie išlaiko specifines virškinimo trakto segmento, iš kurio jie buvo sukurti, ypatybes kaip jų ląstelių tapatumo dalis suaugus. Remiantis dabartiniais eksperimentiniais tyrimais, regioninė tapatybė fiksuojama virškinimo trakto kamieninėse ląstelėse. Šiame kontekste likusi problema bus tiksliai nustatyti, kaip ir kada vyksta šis vidinis programavimas.

Žvelgiant į konkrečias koncepcijas, kaip epitelis gali reaguoti į aplinką arba sąveikauti su ja, organoidinė technologija dabar leido apšviesti diferencinę ir segmentui būdingą PRR ekspresiją ir funkciją virškinimo trakto epitelyje. Bendros funkcinės pasekmės sudėtingoms reguliavimo sistemoms visame virškinimo trakte vis dar neaiškios ir turės būti sprendžiamos ateityje. Tam taip pat bus svarbu kartu kultivuoti organoidus su imuninėmis ląstelėmis (apžvelgta [113]), enterinės nervų sistemos ląstelėmis [114] ir luminaliniais veiksniais, tokiais kaip bakterijų kokultūros (apžvelgta [115]) (1 pav. . 4).

Kitas svarbus aspektas yra tai, kad organoidai, sukurti iš paciento audinių, paveiktų GI ligų, tokių kaip IBD, išlaiko kai kurias savybes, matomas atitinkamuose audinių mėginiuose, iš kurių jie buvo gauti. Tai suteikia unikalią galimybę toliau atskleisti epitelio ir ligos specifinį indėlį į GI ligų patogenezę – ne tik tas, kurios yra susijusios su uždegimo sukeltais pokyčiais, bet ir su piktybinių ligų pokyčiais. Abu jie gali turėti specifinį epitelio kilmės įgimto imuniteto indėlį. Tam svarbus žingsnis būtų sistemingas „gyvų biobankų“ steigimas. Kaip ateities viziją tokie gyvi biobankai galėtų būti prijungti prie jau esamų biobankų, kurie šiuo metu teikia tik „negyvas“ biomedžiagas. Tai būtų dar vienas svarbus žingsnis ne tik atliekant tyrimus, bet ir palengvinant individualizuotą pacientų diagnostiką bei gydymą.

1 langelis. Įgimtas imunitetas ir epitelio ląstelės virškinimo trakte neaišku, ar pastebėtas poveikis atsirado dėl įgimto imuninio signalo perdavimo epitelio ląstelėse ar profesionaliose imuninėse ląstelėse.

Siekiant atskirti profesionalių imuninių ląstelių ir epitelio ląstelių sąveiką, keliuose tyrimuose buvo naudojami epiteliui būdingi išmušimai arba neseniai epitelio organoidai. Pelių modeliuose nė vienas iš epitelio specifinių PRR ištrynimų nesukelia spontaniško uždegimo. Tačiau pelės, kurių epiteliui būdingas MyD88 išmušimas, yra jautresnės eksperimentiniam kolitui ir pasižymi dideliu barjero sutrikimu, susilpnėjusiu taurelės ir Paneto ląstelių atsaku [121] bei sumažėjusia mucino ir antimikrobinių peptidų gamyba [121, 122]. Plonosios žarnos organoidai nesukelia uždegiminio atsako į kelis išgrynintus PRR ligandus [55], nors to negalima apibendrinti ir priklauso nuo audinio, iš kurio susidaro organoidai, rūšies, vietos ir amžiaus [44, 45].

Spontaniško uždegiminio fenotipo nebuvimas epitelio ląstelėms būdinguose PRR išmušimo modeliuose patvirtina hipotezę, kad kiti veiksniai, išskyrus bendrą uždegiminį epitelio atsaką, turi įtakos epitelio homeostazei. Pavyzdžiui, stimuliavimas NOD2 agonistu muramilo dipeptidu (MDP) padidino organoidų, išaugančių iš izoliuotų kamieninių ląstelių, skaičių, o tai rodo, kad įgimta imuninė signalizacija palaikė kamieninių ląstelių išlikimą [67, 84]. Be to, pelių duomenys pabrėžia NF-κB signalizacijos antiapoptozinio poveikio svarbą reaguojant į kitus dirgiklius, tokius kaip TNF- [123]. Įdomu tai, kad žmonėms įgimtų imuninių genų, įskaitant NOD2 ir TLR4, polimorfizmai yra susiję su padidėjusia rizika susirgti IBD [124], o TNF blokavimas šiuo metu yra veiksmingiausias IBD gydymas kai kuriems pacientams (apžvelgta [125]).

Atsiranda vaizdas, kuriame mažas įgimtos imuninės stimuliacijos lygis yra svarbus gleivių sekrecijai, barjero vientisumui ir epitelio ląstelių išlikimui. Jo pažeidimas gali leisti žarnyno bakterijoms pernešti iš spindžio į subepitelinį audinį ir sukelti uždegimą.

Padėkos

Dėkojame Ömer Kaya už pagalbą kuriant iliustracijas ir Rike Zietlow už redagavimą.

Autoriaus indėlis

Idėja: SB Pradinė koncepcija: SB ir Ö.K.; literatūros paieška: Ö.K., NS ir SB; Pradinis projektas: Ö.K. Taisymas, perrašymas, skyrių pridėjimas: NS, SB Visi autoriai kritiškai peržiūrėjo galutinį rankraštį.

Finansavimas

Atviros prieigos finansavimą įgalino ir organizuoja Projekt DEAL. Šį darbą palaikė Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG GRK 2157; 3D audinių modeliai, skirti žmogaus patogenų mikrobinėms infekcijoms tirti, 10 projektas, SB), Tarpdisciplininis klinikinių tyrimų centras (IZKF; www.med.uni-wuerzburg.de/izkfburg.de /startseite) Viurcburge (suteikti AD-427 NS ir SB) ir DFG SPP1982 SCHL1962/5-2 į NS.

Deklaracijos

Interesų konfliktas

Autoriai nedeklaruoja jokių konkuruojančių interesų.

Atvira prieiga

Šis straipsnis yra licencijuotas pagal Creative Commons Attribution 4.0 Tarptautinė licencija, leidžianti naudoti, bendrinti, pritaikyti, platinti ir atkurti bet kokia laikmena ar formatu, jei tinkamai nurodote originalų autorių (-ius). ) ir šaltinį, pateikite nuorodą į Creative Commons licenciją ir nurodykite, ar buvo atlikti pakeitimai. Šiame straipsnyje esantys vaizdai ar kita trečiųjų šalių medžiaga yra įtraukta į straipsnio Creative Commons licenciją, nebent medžiagos kredito limite nurodyta kitaip. Jei medžiaga neįtraukta į straipsnio Creative Commons licenciją ir jūsų numatytas naudojimas neleidžiamas įstatymų nustatyta tvarka arba viršija leistiną naudojimą, turėsite gauti leidimą tiesiogiai iš autorių teisių turėtojo.

Nuorodos

1. Goodwin CS (1984) Mikrobai ir žarnyno infekcijos

2. Sekirov I, Russell SL, Antunes LCM, Finlay BB (2010) Žarnų mikrobiota sveikatai ir ligoms. Physiol Rev 90:859–904

3. Simon GL, Gorbach SL (1986) Žmogaus žarnyno mikroflora. Dig Dis Sci 31:147S–162S

4. Bartfeld S, Clevers H (2017) Iš kamieninių ląstelių gauti organoidai ir jų taikymas medicininiams tyrimams ir pacientų gydymui. J Mol Med: 1–10. https://doi.org/10.1007/s00109-017-1531-7

5. Barker N (2014) Suaugusiųjų žarnyno kamieninės ląstelės: pagrindiniai epitelio homeostazės ir regeneracijos veiksniai. Nat Rev Mol Cell Biol 15:19–33

6. Bartfeld S, Koo BK (2017) Suaugusiųjų skrandžio kamieninės ląstelės ir jų nišos. Wiley Interdiscip Rev Dev Biol 6:e261. https://doi.org/ 10.1002/wdev.261

7. Liwinski T, Zheng D, Elinav E (2020) Mikrobiomas ir citozoliniai įgimti imuniniai receptoriai. Immunol Rev 297:1–18

8. Burgueño JF, Abreu MT (2020) Epithelial Toll panašūs receptoriai ir jų vaidmuo žarnyno homeostazėje ir ligose. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 17:263-278

9. Christian S, Kanneganti TD (2020) Uždegimai ir ta riba tarp gynybos ir ligos. Curr Opin Immunol 62:39–44

10. Ying L, Ferrero RL (2019) NOD1 ir ALPK1/TIFA signalizacijos vaidmuo įgimtame imunitete prieš Helicobacter pylori. Infekcija p.:159–177

11. Takeuchi O, Akira S (2010) Rašto atpažinimo receptoriai ir uždegimas. Cell 140:805–820

12. Peterson LW, Artis D (2014) Žarnyno epitelio ląstelės: barjerinės funkcijos ir imuninės homeostazės reguliatoriai. Nat Rev Immunol 14:141–153

13. Pott J, Hornef M (2012) Įgimta imuninė signalizacija žarnyno epitelyje esant homeostazei ir ligoms. EMBO Rep 13:684–698

14. Abreu MT (2010) Į rinkliavą panašių receptorių signalizacija žarnyno epitelyje: kaip bakterijų atpažinimas formuoja žarnyno funkciją. Nat Rev Immunol 10:131–144

15. Zhang K, Hornef MW, Dupont A (2015) Žarnyno epitelis kaip žarnyno barjero vientisumo sergėtojas. Cell Microbiol. 17:1561-1569

16. Yu S, Gao N (2015) Žarnyno epitelio ląstelių rinkliavos tipo receptorių skirstymas imuninei priežiūrai. Cell Mol Life Sci 72: 3343–3353

17. Zhou P, She Y, Dong N, Li P, He H, Borio A, Wu Q, Lu S, Ding X, Cao Y, Xu Y, Gao W, Dong M, Ding J, Wang DC, Zamyatina A, Shao F (2018) Alfa-kinazė 1 yra citozolinis įgimtas imuninis receptorius, skirtas bakterinei ADP-heptozei. Gamta. 561:122–126

18. Milivojevic M, Dangeard AS, Kasper CA, Tschon T, Emmenlauer M, Pique C, Schnupf P, Guignot J, Arrieumerlou C (2017) ALPK1 kontroliuoja nuo TIFA / TRAF6-priklausomą įgimtą imunitetą nuo heptozės{{5} },7-gramneigiamų bakterijų bisfosfatas. PLoS patologija 13: e1006224. https://doi.org/10.1371/journal.ppat. 1006224

19. Zimmermann S, Pfannkuch L, Al-Zeer MA ir kt. (2017) ALPK1- ir nuo TIFA priklausomas įgimtas imuninis atsakas, kurį sukelia helicobacter pylori IV tipo sekrecijos sistema. Cell Rep 20: 2384–2395

20. Abreu MT, Fukata M, Arditi M (2005) TLR signalizacija žarnyne sveikata ir liga. J Immunol 174:4453–4460 174/8/4453 [pii]

For more information:1950477648nn@gamil.com