W jaki sposób kontrolowane jest dostarczanie substancji luminalnych do blaszki właściwej?

Pomimo obecności bariery fizycznej spowodowanej warstwy śluzu i nabłonka, od dawna uznano, że układ odpornościowy leżący u podstaw nabłonka kosmków SI nie jest ignorantem co do zawartości światła, ale zamiast tego stale monitoruje zawartość, aby promować tolerancję na nieszkodliwe antygeny światła w stanie stacjonarnym39. Proces ten, określana jako tolerancja doustna, obejmuje indukcję obwodowych indukowanych limfocytów T regulatorowych (iTregs) specyficznych dla antygenów luminalnych, które są następnie zdolne do tłumienia i zapobiegania odpowiedziom zapalnym.40,41,42 Pierwszym krokiem w tym procesie jest nabycie światła antygeny przez komórki prezentujące antygen (APC) w LP.43,44 Zidentyfikowano wiele szlaków, za pomocą których substancje luminalne mogą przechodzić przez nabłonek, w tym przeciek parakomórkowy, przepuszczalność larną, komórki M i wydłużenie dendrytów przeznabłonkowych (TED) przez LP-APC. 45,46 Wyciek okołokomórkowy jest związany ze stanem zapalnym i jest przez niego indukowany, 47 co sugeruje, że chociaż substancje prześwitujące mogą przenikać przez nabłonek przez przeciek okołokomórkowy, może to nie prowadzić do wywołania tolerancji. Substancje luminalne mogą przechodzić przez komórki nabłonkowe po endocytozie przez komórki M, chociaż komórki M rzadko występują poza nabłonkiem związanym z pęcherzykiem w SI i dystalnej części okrężnicy, gdzie tolerancja na substancje prześwitowe jest indukowana w stanie stacjonarnym.48,49 Dodatkowo nabłonek jelitowy wykazano, że komórki endocytozują substancje luminalne, chociaż uważa się, że przyczynia się to głównie do wchłaniania składników odżywczych. 50 Przedłużenie TED nie jest konieczne dla tolerancji doustnej, ponieważ tolerancja doustna jest indukowana u myszy bez TED, 44,51, a tolerancja doustna jest indukowana do światła Substancje w dystalnej części okrężnicy, gdzie nie zaobserwowano tworzenia TED52,53 W przeciwieństwie do tego, TED są indukowane przez wykrywanie drobnoustrojów i zwiększają się podczas infekcji jelitowej, co sugeruje wydłużenie TED jako mechanizm dla LP-APC do bezpośredniego pobierania próbek bakterii w świetle lub alternatywnie TED rozszerzenie może być krokiem w migracji APC do światła w celu sekwestracji bakterii chorobotwórczych. 54,55,56,57,58

W przeciwieństwie do W przypadku tych szlaków istnieją dowody sugerujące, że transport GC antygenu luminalnego do LP-APC wspiera tolerancję w stanie stacjonarnym. W wielu badaniach zaobserwowano, że GC są endocytami i są zdolne do wchłaniania substancji luminalnych; 59,60,61,62 jednak dopiero niedawno uznano, że proces ten może skutkować przeniesieniem substancji luminalnych do LP-APC w sposób zdolny do indukowania adaptacyjnych odpowiedzi immunologicznych63. Proces ten, określany jako tworzenie GAP, zachodzi w SI i dystalnej części okrężnicy w stanie stacjonarnym, czyli w miejscach w przewodzie pokarmowym, w których indukowana jest tolerancja na antygeny prześwitu, 53,64, ale nie w proksymalnej części dorosłej okrężnicy. , gdzie tolerancja na substancje luminalne nie jest indukowana w stanie stacjonarnym.64 Co więcej, indukcja tolerancji na komensalne antygeny bakteryjne w przewodzie pokarmowym przed odsadzeniem wymagała GC i GAP.65 Chociaż obecnie nie są badane, obserwacje te sugerują, że GC i GAP mogą być również wymagane do indukcji tolerancji na antygeny pokarmowe po odsadzeniu. Inne obserwacje zgodne z GAP jako szlakiem promującym tolerancję na antygeny luminalne koncentrują się wokół ścisłej regulacji tworzenia GAP. GAP są indukowane przez ACh działającą na muskarynowy receptor ACh 4 (mAChR4) wyrażany na GC, co wyzwala uwalnianie ziarnistości mucyny poprzez egzocytozę złożoną.66 Tworzenie GAP nie było związane z bodźcami indukującymi wydzielanie GC przez pierwotną egzocytozę.35,37,63 67 Zróżnicowana zdolność substancji pobudzających wydzielanie do indukowania tworzenia GAP wskazuje, że GC mogą wydzielać śluz, aby utrzymać barierę i nie narażać układu odpornościowego na działanie substancji luminalnych. Powiązanie tworzenia GAP ze złożoną egzocytozą, ale nie z bodźcami indukującymi wydzielanie przez pierwotną egzocytozę, może być mechanizmem, który umożliwia GC utrzymanie bariery śluzowej w warunkach, w których ekspozycja układu odpornościowego na zawartość światła byłaby niekorzystna. Uważa się, że jest to sytuacja w bliższej części okrężnicy dorosłego, gdzie zachowana jest bariera śluzowa, ale tworzenie GAP jest rzadkie, a GC są mniej wrażliwe na ACh.37

Wykazano, że wydzielnicza komórka nabłonka komórki enteroendokrynne mogą endocytozować antygeny luminalne.61 Okaże się, czy inne komórki wydzielnicze, takie jak komórki Panetha, mogą również endocytozować substancje luminalne i czy te komórki mogą również przyczyniać się do ładowania antygenów na LP-APC i indukcji odpowiedzi śluzówkowej .

Jaka jest rola GAP?

Tworzenie GAP oceniano w całym jelicie cienkim i okrężnicy oraz przez całe życie myszy.GAP wykryto również w resekcji jelita czczego u zdrowych ludzi, uzyskanych od pacjentów poddawanych operacji bariatrycznej.63 Chociaż rola zmienionego stanu metabolicznego w tworzeniu GAP pozostaje do zbadania, łącznie interpretujemy te obserwacje, aby wskazać, że GAP wprowadzają substancje luminalne do układu odpornościowego błony śluzowej. w blaszce właściwej jelita (LP) jako część normalnej fizjologii u myszy i ludzi.

W jaki sposób regulowane są GAP w jelicie cienkim?

GC są obecne w nabłonku jelita we wczesnych dniach po urodzeniu; 68,69 jednak GAP powstają dopiero w późniejszym okresie życia, rozpoczynając w SI około 18 dnia. Wcześniej tworzenie GAP jest hamowane przez fosforylację receptora naskórkowego czynnika wzrostu (EGFR) w GC, co powoduje aktywację p42 / p44 MAPK, hamując zdolność GC do odpowiedzi na ACh do tworzenia GAP (Tabela 1) .37 Przed odstawieniem od odstawienia bezpośrednia ligacja EGFR przez czynniki wzrostu, takie jak EGF, hamowała tworzenie GAP. Te czynniki wzrostu mogą być wydzielane z mlekiem matki i występować w dużym stężeniu w świetle jelita we wczesnym okresie życia, a także są niezbędne do prawidłowego wzrostu jelit we wczesnych dniach życia i ochrony przed uszkodzeniem tkanki wywołanym przez patogeny.70,71,72

Po dniu życia (DOL) 18, tworzenie GAP w SI trwa przez całe dorosłe życie. Tworzenie GAP i dostarczanie antygenu w SI nie jest ani aktywowane, ani hamowane przez mikrobiotę komensalną, 37,53 i nie ma zmiany w tworzeniu GAP w SI u myszy wolnych od zarazków lub myszy na antybiotykach.37 Jednak podczas zakażeń chorobotwórczych tworzenie GAP w SI ulega zahamowaniu, 73 zaprzestaje dostarczania antygenu do SI LP w czasie wzmożonego niepokoju. Zahamowanie GAP podczas infekcji Salmonella wymagało aktywacji Myd88 szlaku EGFR, poprzez IL1β działając na receptor IL1.74 Hamowanie GAP podczas infekcji Salmonella było szybkie i konieczne, aby zapobiec zwiększonemu rozprzestrzenianiu się Salmonelli do drenujących węzłów chłonnych, ponieważ Salmonella była w stanie wykorzystują GAP jako portal wejściowy.73 Wykazano również, że Listeria monocytogenes łączy się z GC, aby uzyskać wejście przez nabłonek75, a Citrobacter rodentium bezpośrednio infekuje GC okrężnicy76, co sugeruje, że wiele gatunków bakterii może używać GAP jako portalu wejścia.

W jaki sposób regulowane są GAP w proksymalnej okrężnicy?

Co ciekawe, tworzenie GAP występuje w proksymalnej okrężnicy tylko przez krótkie okno czasowe, od DOL 10 do odstawienia (około DOL 21) (Tabela 1 65 Przed DOL 10, tworzenie GAP było hamowane w sposób zależny od EGFR, podobnie jak SI, a aktywacja Myd88 przez TLR prowadziła do zależnego od EGFR hamowania tworzenia GAP po odsadzeniu w odpowiedzi na obecność mikrobioty nt u myszy utrzymywanych w warunkach wolnych od określonych patogenów.37,65 Takie odrębne okresy regulacji GAP i ekspozycja światła na antygen w proksymalnej okrężnicy mogą reprezentować odrębne fazy rozwoju odporności poprzez określenie okresu przed odsadzeniem, podczas którego układ odpornościowy jest wystawiony na działanie światła antygeny wywołujące swoistą dla antygenu tolerancję na bakterie jelitowe.65

Być może równie ważne lub ważniejsze niż bodźce indukujące tworzenie GAP są szlaki, które hamują tworzenie GAP i dostarczanie antygenu w niekorzystnych sytuacjach. Jeśli są obecne, nieprawidłowo utworzone GAP w bliższej części okrężnicy pozwoliły na translokację bakterii komensalnych i patogennych.53,73,77 Ponadto zniesienie hamowania GAP w tych sytuacjach skutkuje reakcjami zapalnymi.65,73,77

W jaki sposób regulowane są GAP w dystalnej okrężnicy?

Tworzenie GAP w dystalnej okrężnicy nie było hamowane przez poodsadzeniową mikroflorę, co odróżnia ją od proksymalnej okrężnicy (Tabela 1) .53 Jednak przemieszczanie się bakterii nie było związane z obecnością GAP w dystalnej okrężnicy.53 Chociaż nie było to badane, obecność GAP w dystalnej okrężnicy, a mimo to brak translokacji bakteryjnej może wynikać z gęstej warstwy śluzu w dystalnej okrężnicy, co może zmniejszać Ekspozycja GC na drobnoustroje i produkty mikrobiologiczne umożliwia GC reagowanie na ACh w celu utworzenia GAP i uniemożliwia mikrobom dostęp do GC. Ponieważ odpowiedzi tolerogenne mogą być indukowane przez dystalną okrężnicę, pozostaje dopiero zobaczyć, jakie mechanizmy regulacyjne mogą kontrolować tworzenie GAP i dostarczanie antygenu do dystalnej okrężnicy, jeśli w ogóle.

Przez całe życie hamowanie GAP poprzez fosforylację EGFR zapewnia elegancki szlak regulatorowy wykorzystujący podobny sygnał hamujący, z oddzielnymi ligandami regulatorowymi określającymi czas, w którym dostarczenie antygenu jest pożądanym zdarzeniem. Tak więc wiele szlaków zapewnia ścisłą kontrolę tworzenia GAP i luminalnej ekspozycji na antygen w celu ograniczenia niewłaściwych odpowiedzi zapalnych w niekorzystnych sytuacjach i umożliwia ekspozycję luminalną na antygen, gdy jest to korzystne (Tabela 1).

Interakcje GC z komórkami odpornościowymi

LP zawiera wiele populacji APC78,79 z różnymi funkcjami niezbędnymi do właściwej odpowiedzi immunologicznej na substancje luminalne. Podczas gdy wstępne badania wykazały, że GAP preferencyjnie dostarczały antygeny luminalne do DC SI CD103 +, zaobserwowano również, że 63 CX3CR1 + APC wchodzi w interakcje z substancjami luminalnymi z GAPs i uzyskuje je. Obserwowano interakcje APC z GAP okrężnicy i obciążono je bakteriami, które przemieszczały się przez GAP. 37,53,77 Ponieważ wiele populacji APC wchodzi w interakcję z antygenem GAP w jelicie i uzyskuje z niego antygen, okaże się, czy istnieją czynniki specyficzna populacja APC do GC w celu uzyskania antygenu do indukcji doustnej tolerancji, ponieważ uważa się, że niektóre populacje APC, takie jak APC CD103 +, są lepiej przystosowane do wywoływania odpowiedzi tolerogennych.80

CD103 + LP-APC ekspresja dehydrogenazy retinaldehydowej (ALDH1) jest niezbędna do produkcji kwasu all-trans-retinowego (ATRA) .81 Wytwarzanie ATRA odgrywa wieloraką rolę w śluzówkowej odpowiedzi immunologicznej na igens, w tym pobudzanie odpowiedzi IgA, imprinting ekspresji cząsteczek naprowadzających jelita przez limfocyty i indukowanie Treg.82,83,84 Badania in vivo wykazały, że ekspresja ALDH w CD103 + LP-APC była zależna od rekrutacji do nabłonka i ekspresji retinolu w komórkach. białko wiążące II (CRBPII) .85,86

Podczas interakcji z APC, GC przenoszą produkty GC wraz z antygenami luminalnymi do APC.63 Ten transfer produktów GC do APC może nadawać APC właściwości błon śluzowych. Zasugerowano, że jeden z takich produktów GC, MUC2, odciska w komórkach APC sygnaturę genów przeciwzapalnych wymaganą do doustnej tolerancji, 87 co sugeruje, że gdy APC nabywają antygeny luminalne z GAP, nabywają również sygnały tolerogenne. Zakłócenie interakcji między APC a nabłonkiem zmniejszyło transfer produktów GC do APC, a następnie zmniejszyło indukcję odpowiedzi śluzówkowych przez APC.85 Czy CX3CR1 + APC, które w dużej mierze nie wyrażają ALDH, są również naznaczone określonymi właściwościami podczas interakcji z GC pozostaje do zbadania.

Późniejsza odpowiedź immunologiczna, która następuje po nabyciu antygenów przez APC, jest organizowana poprzez wydzielanie cytokin, chemokin i innych białek, co jest oparte na sygnałach, jakie APC otrzymuje od antygenów88,89 i środowisko tkankowe. 90 Wydzielane cytokiny i chemokiny rekrutują komórki i kierują różnicowaniem komórek efektorowych, regulując typ odpowiedzi immunologicznej, która następuje po ekspozycji na antygen i mogą pochodzić z różnych typów komórek, w tym GC. Podczas zakażenia C. rodentium, mysi model zakażenia enterohemorrhagic Escherichia coli, RELM-β jest wydzielany podstawowo przez GC, można go znaleźć w surowicy i działa jako chemoatraktant rekrutujący limfocyty T CD4 do okrężnicy LP.91 Dodatkowo RELM- β wspiera produkcję IL-22 podczas infekcji, co pomaga promować naprawę i odbudowę tkanek, co wskazuje, że RELM-β może pełnić wiele funkcji podobnych do cytokin i chemokin, pomagając zwalczać infekcje patogenami. Inny produkt GC, czynnik koniczyny 3, TFF3, jest ważny dla rozwiązania stanu zapalnego, pomagając w procesie naprawy i odbudowy tkanek, 76,92, a produkcja TFF3 może być wyzwalana przez wykrywanie drobnoustrojów, poprzez stymulację TLR2.93 Chociaż pozostaje widoczne, jeśli GC w jelicie wydzielają cytokiny podczas odpowiedzi immunologicznej in vivo, GC wyrażają mRNA dla różnych cytokin, takich jak IL13, IL18, IL15, IL6, IL7, IL17 i IL25 oraz chemokiny eotaksyna, CCL6, CCL20, CCL9 (MIP1γ), 37,85,94 wykazano, że ta ostatnia przyciąga APC do nabłonka.95 Zatem, poprzez wydzielanie rozpuszczalnych czynników, GC pomagają kształtować i kontrolować odpowiedzi immunologiczne.

Czy GC w innych powierzchnie śluzówki tworzą GAP?

Jelitowe GC kontrolują odpowiedź immunologiczną poprzez regulację ekspozycji na antygen poprzez wydzielanie śluzu w celu utrzymania bariery, luminalnego dostarczania antygenu i interakcji z APC leżącymi pod nabłonkiem. Niektóre z tych funkcji zaobserwowano w GC na innych powierzchniach śluzówki; jednakże okaże się, czy GC na innych powierzchniach śluzówki mają zdolność tworzenia GAP i dostarczania antygenów do APC.Choć niezbadane, intrygujące jest spekulowanie, oparte na charakterystyce wspólnych dla jelitowych GC i GC na innych powierzchniach śluzówki, że funkcja GAP może występować w innych miejscach. Tworzenie GAP w przewodzie pokarmowym jest związane z wydzielaniem przez egzocytozę złożoną37, cechę wspólną dla GC w nabłonku dróg oddechowych i spojówce. Co więcej, bodźce indukujące egzocytozę związkową na tych powierzchniach są podobne do tych wywołujących egzocytozę związkową w jelitowych GC.4,96,97 Co więcej, egzocytoza i wydzielanie związku w GC spojówek jest regulowane przez fosforylację EGFR, 97,98,99 i TLR aktywacja w GC dróg oddechowych prowadzi do transaktywacji EGFR, 100 wskazuje na to, że szlaki regulujące GAP w jelicie są obecne i funkcjonują w GC na innych powierzchniach błony śluzowej.

Prosty walcowaty nabłonek jelita dobrze nadaje się do dostarczania światła antygeny, ponieważ umożliwia to pojedynczej komórce dostęp do światła i APC w LP, umożliwiając GC bezpośrednie pobieranie i dostarczanie antygenów luminalnych do APC. Spojówka w nabłonku oka jest również prostym nabłonkiem walcowatym i opisano interakcje między GC spojówki i APC 101, co sugeruje, że może również wystąpić dostarczanie antygenu za pośrednictwem GC do APC na tej powierzchni błony śluzowej. Podobnie jak w przypadku jelita, utrata GC lub upośledzone wydzielanie mucyny w spojówce prowadzi do odpowiedzi zapalnej, 102,103 96, co jest zgodne z rolą GC spojówek w utrzymywaniu tolerancji. Co ciekawe, GC w oku wydzielają TGFβ2 i wyrażają CD36, co jest niezbędne do aktywacji TGFβ2.101. Dalsze GC oka mogą nadrukowywać fenotyp tolerogenny na APC 101, co wskazuje, że GC w spojówce mogą nadawać APC fenotyp tolerogenny podczas dostarczania antygenów. Co więcej, spojówka zawiera florę komensalną, 104 i podobnie jak jelita GC, GC spojówki reagują na stymulację mikrobiologiczną 105, co dodatkowo sugeruje, że jelita i spojówki mogą odgrywać równoległą rolę w odpowiedzi immunologicznej.

nabłonek górnych dróg oddechowych nie jest prostym nabłonkiem walcowatym, jest to nabłonek pseudostratyfikowany, w którym jądra komórek nabłonka nie są wyrównane w tej samej płaszczyźnie, ale wszystkie komórki nabłonka stykają się z błoną podstawną i mogą stykać się ze światłem .106 Zatem pseudostratyfikowany nabłonek może nadal umożliwiać GC w górnych drogach oddechowych dostęp zarówno do światła, jak i komórek układu odpornościowego poniżej błony podstawnej w celu dostarczania antygenu. Ponadto APC są w bliskim kontakcie z nabłonkiem górnych dróg oddechowych, 107 i zwiększone zróżnicowanie GC prowadzi do rekrutacji APC do nabłonka dróg oddechowych, 108 co sugeruje, że obecność GC może rekrutować APC ułatwiające interakcje i transfer antygenu. Ponadto GC dróg oddechowych wydzielają wiele cytokin i chemokin, rekrutując komórki odpornościowe i kształtując odpowiedź immunologiczną na wdychane antygeny, 108,109,110 sugerując, że podobnie jak jelita GC górne drogi oddechowe GC mogą dostarczać antygeny do APC i kierować fenotypem odpowiedzi immunologicznej. Podobnie jak jelita i spojówki, płuca mają swoją własną unikalną, choć ograniczoną mikrobiotę111, która może stać się dysbiotyczna i rozwinąć się w chorobach lub być siedliskiem patogenów i stanowić potencjalne zagrożenie, 112,113 podnosząc możliwość, że GC dróg oddechowych mogą również reagować na sygnały mikrobiologiczne modulujące. odpowiedzi immunologiczne na wdychane antygeny.

Chociaż niniejszy przegląd skupiał się na roli GC w utrzymaniu homeostazy, warto zauważyć, że GC mogą również przyczyniać się do patogenezy choroby. Hiperplazja komórek kubkowych jest cechą charakterystyczną odpowiedzi Th2 zarówno w jelicie, jak iw płucach i jest napędzana przez IL-13 w obu narządach. Proces ten jest ważny dla wydalania robaków pasożytniczych i ochrony dróg oddechowych poprzez zwiększone wydzielanie śluzu; 114,115,116 jednak zwiększona produkcja śluzu jest również czynnikiem przyczyniającym się do patogenezy astmy i przewlekłej obturacyjnej choroby płuc117. Nie wiadomo, czy zwiększony wzrost GC podczas choroby mają zdolność tworzenia GAP i dostarczania antygenu oraz tego, czy te GAP przyczyniają się do homeostatycznej lub patogennej odpowiedzi immunologicznej. Jednak obserwacje, że ekspansja GC wywołana przez IL-13 spowodowała zwiększoną translokację Listeria monocytogenes75, sugeruje, że te GC mogą mieć funkcję GAP i przyczyniać się do choroby. Ekspansja GC jest często składnikiem aktywnej infekcji lub ustąpienia choroby, podczas której system może nie być przystosowany do odpowiedzi tolerogennych. Jeśli GAP powstają z GC podczas ekspansji GC, może to spowodować zwiększone dostarczanie antygenu w nieodpowiednim czasie, sprzyjając odpowiedzi zapalnej przeciwko antygenom bakteryjnym dietetycznym i komensalnym, powodując alergię pokarmową lub zapalenie okrężnicy.Ponadto dysfunkcja GC jest powiązana z wieloma chorobami, w tym nieswoistym zapaleniem jelit, mukowiscydozą, astmą, zaburzeniami metabolicznymi, zespołem Sjögrena i przewlekłą obturacyjną chorobą płuc, i przyczynia się do nich, co wskazuje, że GC nie zawsze są niewinnymi świadkami i mogą być aktywnymi uczestnikami choroby patogeneza.