Кишечные эпителиальные клетки выстилают внутреннюю стенку кишечника, создавая барьер против опасных бактерий, таких как энтеропатогенная кишечная палочка, которые стремятся прикрепиться к этому барьеру и разрушить его. Такие патогены представляют значительный риск для здоровья человека, включая младенческую смертность из-за диареи, особенно в развивающихся странах.
Исследование, опубликованное в журнале Nature, под руководством Карлин Зиндл, доктора философии, и К. Гаррета Уилсона в исследовательской группе Кейси Уивер, доктора медицинских наук, в Университете Алабамы в Бирмингеме, приносит новое понимание того, как абсорбирующие эпителиальные клетки кишечника , или IEC, и Т-клетки работают вместе, чтобы защитить кишечный барьер.
Они описывают недавно идентифицированную подгруппу абсорбирующих IEC, которые служат одновременно основной мишенью и ключевым ответчиком в мышиной модели кишечной инфекции, индуцированной бактериями Citrobacter Rodentium.
Это исследование основано на исследовании Зиндла и Уивера, опубликованном в журнале Immunity в 2022 году, которое показало, что передача сигналов интерлейкина-22 врожденными лимфоидными клетками на ранних стадиях инфекции C. Rodentium и передача сигналов интерлейкина-22 Т-клетками CD4 на поздних стадиях инфекции C. Rodentium играют особую и незаменимую роль в защите кишечного барьера. Передача сигналов, опосредованная цитокином интерлейкином-22 или IL-22, полученным из Т-клеток CD4, была необходима для защиты крипт толстой кишки от инвазии C. Rodentium и обеспечения выживания мышей.
Настоящее исследование объясняет, как пролонгированная передача сигналов интерлейкина-22 от Т-клеток CD4 поддерживается за счет взаимодействия с недавно идентифицированной подгруппой поглощающих IEC. Это также показывает, что этот клеточный ответ IEC — в дополнение к раннему IL-22 из врожденных лимфоидных клеток и позднему IL-22 из CD4 Т-клеток — является недавно обнаруженным и ключевым элементом скоординированного взаимодействия между врожденной и адаптивной иммунной системой и тканями. -специфические, неиммунные популяции клеток, способные противостоять проникновению патогенов.
«Здесь мы идентифицируем сублинию абсорбирующих IEC, которая регионально ограничена средним дистальным отделом толстой кишки и нацелена на C. Rodentium, что объясняет предпочтение патогена этой тканевой нише», — сказал Зиндл, доцент кафедры UAB. патологии.
«Мы обнаружили, что передача сигналов IL-22 запускает уникальную программу экспрессии генов в этой популяции, отличную от программы обычных абсорбирующих IEC, которые заселяют проксимальные отделы толстого и тонкого кишечника. Кроме того, мы определяем ключевую роль презентации антигена IEC для выявления оптимального IL. -22 передачи сигналов от Т-клеток».
Как у мышей, так и у людей, толстая кишка имеет поверхностные IEC, которые обращены к просвету толстой кишки и выстилают устья множества крипт толстой кишки — примерно 9,9 миллионов из них у людей. Эти склепы имеют крошечные углубления в форме толстостенных пробирок; В нижней части каждой крипты находятся стволовые клетки, которые постоянно производят новые IEC, создавая эскалатор созревающих клеток от основания крипты к просвету. ИЭК нуждаются в постоянной замене, так как живут они всего от двух до шести дней.
C. Rodentium прикрепляется к средней дистальной части толстой кишки мыши, инициируя быстрое удлинение крипт толстой кишки (отличительный признак инфекции), что, как полагают, защищает кишечные стволовые клетки, дистанцируя их от патогена на поверхности просвета и ускорение выделения МЭК, содержащих патогены.
В исследовании секвенирование одноклеточной РНК IEC из средней дистальной части толстой кишки у неинфицированных мышей было использовано для обнаружения двух подмножеств линий абсорбирующих IEC, что идентифицировано с помощью дифференциальных профилей экспрессии генов для 50 различных генов. Две подгруппы были обозначены как дистальные колоноциты, или DCC, и проксимальные колоноциты, или PCC. Каждая подгруппа отличалась специфическими клеточными маркерами — Ly6g для DCC и Fabp2 для PCC.
Кроме того, анализ последовательности одноклеточной РНК IEC из средних дистальных отделов толстой кишки мышей, не инфицированных C. Rodentium, показал, что DCC, а не PCC, были доминирующим ответом на инфекцию C. Rodentium. Предшественники DCC претерпели значительную экспансию, а линия DCC претерпела быстрое созревание и изменила судьбу клеток, превратившись в гиперактивные колоноциты, индуцированные патогенами, которые способствовали защите хозяина, включая IL-22 и гены защиты хозяина, индуцируемые гамма-интерфероном.
Используя различные клеточные маркеры, Зиндл и его коллеги обнаружили, что DCC обнаруживаются исключительно в дистальном отделе толстой кишки и перемежаются с PCC в средней части толстой кишки. Напротив, PCC преобладали в проксимальном отделе толстой кишки и терминальном отделе подвздошной кишки тонкой кишки. Это послужило основанием назвать две линии дистальными или проксимальными колоноцитами.
Исследователи также обнаружили, что C. родентиум преимущественно связывается с DCC, а не с PCC, на просветной поверхности толстой кишки, что объясняет, почему колонизация патогена ограничивается средней дистальной частью толстой кишки мышей.
Исследователи также обнаружили расслоение защитных реакций хозяина на IL-22 между двумя подгруппами. Многие гены, о которых Зиндл и Уивер ранее сообщали как зависимые от IL-22, полученного из Т-клеток, активировались в DCC, включая антимикробные пептиды и хемокины, рекрутирующие нейтрофилы. Напротив, активация генов антимикробных пептидов семейства IL-22, индуцируемых лектинами, была специфичной для PCC.
Помимо активации DCC для усиления антибактериальной защиты, доставка IL-22 в DCC с помощью CD4 Т-клеток необходима для ускорения удаления и замены колоноцитов, нагруженных C. Rodentium, на поверхности просвета, чтобы ускорить выведение патогенов. Уивер говорит, что это представляет собой новый механизм, с помощью которого передача сигналов IL-22 в DCC может противодействовать эффекторным механизмам, используемым C. Rodentium для удержания инфицированных DCC, с которыми они связаны.
При классическом адаптивном иммунном ответе Т-клетки активируются дендритными клетками, которые захватывают патогены в месте инфекции, например, в толстой кишке, а затем мигрируют в лимфатические узлы, чтобы представить антигены патогена Т-клеткам через главные молекулы гистосовместимости, или MHC. на поверхности дендритной клетки. Это представление происходит посредством прямого контакта между клетками.
C. Rodentium прикрепляется к IEC-хозяину и вводит в IEC свои собственные белки, чтобы помочь им выжить дольше. Было известно, что IEC экспрессируют молекулы MHC класса II на более поздних стадиях инфекции, когда Т-клетки CD4 достигают среднего дистального отдела толстой кишки, но было неясно, могут ли антигены C. Rodentium быть презентированы IEC для непосредственного рекрутирования помощи CD4 Т-клеток. .
Чтобы проверить это, группа Уивера создала новую бактерию C. Rodentium, несущую молекулу, которую могут распознавать эти специфические Т-клетки. Они обнаружили, что MHC-зависимая презентация антигена класса II антигенов C. Rodentium IEC толстой кишки действительно необходима для сохранения Т-хелперов 17 (Th17) и Т-хелперов 22 (Th22) клеток и получения IL-22-зависимой помощи для защиты от C. родентиум.
«Наши результаты решают давнюю загадку того, почему колонизация C. Rodentium регионально ограничена, и они раскрывают основу незаменимой роли Т-клеток в защите кишечного барьера, а именно, что Т-клетки активируются локально посредством неклассической презентации антигена. кишечным эпителием для поддержания высокоамплитудной передачи сигналов IL-22 к IEC, когда они претерпевают изменения в развитии в ответ на инфекцию», — сказал Уилсон.
«Наша идентификация конкретного типа поглощающих клеток, на который нацелен C. Rodentium, должна облегчить сравнительные исследования , чтобы определить основу видоспецифичного и клеточно-специфического тропизма энтеропатогенов прикрепления и уничтожения».
«Помимо нового понимания важности экспрессии эпителиальными клетками механизма процессинга и представления антигена MHC класса II для защиты хозяина, наши результаты открывают окно в координацию иммунных взаимодействий, посредством которых сопротивляются прикреплению и уничтожению энтеропатогенов и идентифицируют их. новая субпопуляция поглощающих энтероцитов, с которой Т-клетки могут вести диалог», — сказал Уивер.
