Miễn dịch bẩm sinh biểu mô đường tiêu hóa—khu vực hóa và các chất hữu cơ như mô hình mới

Đường tiêu hóa của con người thường xuyên tiếp xúc với các tác nhân kích thích của vi sinh vật. Các rào cản của nó phải đảm bảo cùng tồn tại với vi khuẩn cộng sinh đồng thời cho phép giám sát các mầm bệnh xâm nhập. Tại trung tâm của sự tương tác là lớp biểu mô, đánh dấu ranh giới của cơ thể. Nó được trang bị vô số các cảm biến miễn dịch bẩm sinh khác nhau, chẳng hạn như các thụ thể giống như Toll, để tạo ra các phản ứng viêm đối với vi khuẩn. Rối loạn chức năng của hệ thống phức tạp này dẫn đến các bệnh lý liên quan đến viêm nhiễm, chẳng hạn như bệnh viêm ruột. Tuy nhiên, sự phức tạp của các tương tác tế bào, cơ sở phân tử và sự phát triển của chúng vẫn chưa được hiểu rõ. Trong những năm gần đây, các chất hữu cơ có nguồn gốc từ tế bào gốc ngày càng được chú ý như là những mô hình đầy hứa hẹn cho cả sự phát triển và một loạt các bệnh lý, bao gồm cả các bệnh truyền nhiễm. Ngoài ra, các chất hữu cơ cho phép nghiên cứu khả năng miễn dịch bẩm sinh biểu mô trong ống nghiệm. Trong tổng quan này, chúng tôi tập trung vào hàng rào biểu mô đường tiêu hóa và tổ chức khu vực của nó để thảo luận về sự phát triển và cảm nhận miễn dịch bẩm sinh.

Tiếp xúc với các kích thích vi sinh vật có thể cải thiện khả năng miễn dịch, bởi vì các kích thích vi sinh vật có thể kích thích cơ thể tạo ra các tế bào miễn dịch và các phân tử miễn dịch, do đó kích thích phản ứng miễn dịch của cơ thể. Cụ thể, việc tiếp xúc với các kích thích vi sinh vật có thể kích hoạt các tế bào miễn dịch như đại thực bào, tế bào đuôi gai và tế bào giết người tự nhiên, đẩy nhanh quá trình tăng sinh và biệt hóa của các tế bào miễn dịch, đồng thời cải thiện sức sống và khả năng kháng bệnh của các tế bào miễn dịch. Ngoài ra, các kích thích của vi sinh vật cũng có thể thúc đẩy phản ứng viêm và điều hòa miễn dịch, đồng thời cải thiện khả năng phòng vệ miễn dịch của cơ thể chống lại mầm bệnh. Do đó, tiếp xúc hợp lý với các kích thích vi sinh vật có thể thúc đẩy cải thiện khả năng miễn dịch của con người. Có thể thấy rằng chúng ta cần nâng cao khả năng miễn dịch. Cistanche có thể cải thiện đáng kể khả năng miễn dịch. Tro thịt chứa nhiều thành phần hoạt tính sinh học khác nhau, chẳng hạn như polysacarit, hai loại nấm, Huang Li, v.v. Những thành phần này có thể kích thích hệ thống miễn dịch của các loại thịt khác nhau. tế bào, làm tăng khả năng miễn dịch của chúng.

Nhấp vào lợi ích sức khỏe của cistanche

từ khóa

đường tiêu hóa. miễn dịch. Khu vực hóa và organoids.

Giới thiệu

Đường tiêu hóa (GI) cần thiết cho quá trình tiêu hóa thức ăn và kéo dài từ khoang miệng qua thực quản, dạ dày, ruột non và ruột già đến hậu môn. Lòng đường tiêu hóa được tập trung bởi rất nhiều loại vi khuẩn cộng sinh, cộng sinh và đôi khi là mầm bệnh. Sự xâm nhập của vi sinh vật diễn ra theo một gradient với ít hơn 103 vi khuẩn/ml trong dạ dày đến 103 –107 vi khuẩn/ml trong ruột non và 1011–1012 vi khuẩn/ml trong ruột kết (được xem xét trong [1–3]). Từ tuyến dạ dày trở đi, đường tiêu hóa được lót bởi một lớp tế bào biểu mô trụ. Lớp biểu mô này bao gồm các tế bào chuyên biệt khác nhau, được liên kết chặt chẽ với nhau bởi các phức hợp protein liên kết, củng cố hàng rào vật lý (Hình 1).

Sự tương tác giữa hệ vi sinh vật đường ruột cũng như các mầm bệnh được ăn vào và các tế bào biểu mô được trung gian bởi các thụ thể nhận dạng mẫu (PRR), bao gồm các thụ thể giống Toll (TLR), miền oligome hóa liên kết nucleotide (NOD)– giống như thụ thể (NLR) và các thụ thể khác các thụ thể tế bào (Hình 2, được xem xét trong [7, 11]). Các PRR này đóng vai trò chính trong việc nhận biết các mẫu phân tử liên quan đến vi khuẩn (MAMP) và các mẫu phân tử liên quan đến thiệt hại (DAMP). Khi kích hoạt PRR trong các tế bào biểu mô, các tầng tín hiệu xuôi dòng tạo ra sự biểu hiện của các cytokine và chemokine khác nhau thông qua các con đường gây viêm, chẳng hạn như con đường NF-κB, để điều khiển các tế bào miễn dịch chuyên nghiệp (được xem xét trong [8, 12–16]). Ngoài các PRR cổ điển, các cảm biến khác về hoạt động của vi khuẩn, chẳng hạn như alpha-kinase 1 (ALPK1) gần đây đã được phát hiện [17–19]. Các thể siêu nhỏ, phức hợp tế bào chất bao gồm các protein NLR, nhận ra các mẫu phân tử bổ sung, chẳng hạn như các chất chuyển hóa của vi khuẩn (được xem xét trong [7, 9]).

Các phản ứng miễn dịch bẩm sinh ở đường tiêu hóa, bao gồm cả cảm biến PRR, phải cân bằng giữa nhu cầu bảo vệ khỏi các mầm bệnh có hại tiềm ẩn với khả năng chịu đựng việc tiếp xúc với hệ vi sinh vật đa dạng trong lòng ruột. Do đó, biểu hiện và chức năng của tín hiệu PRR dự kiến ​​sẽ có tác động lớn không chỉ đối với việc cảm nhận mầm bệnh mà còn đối với cân bằng nội mô (Hộp 1) và các bệnh viêm nhiễm bao gồm viêm dạ dày ruột cấp tính, viêm dạ dày và bệnh viêm ruột (IBD) (được xem xét trong [ 12, 13, 20, 21]). Mặc dù mỗi bệnh này biểu hiện mầm bệnh hoàn toàn khác nhau, nhưng chúng có chung một đặc điểm quan trọng: giao diện giữa môi trường và cơ thể bị xáo trộn đáng kể. Tuy nhiên, có một cuộc tranh luận đang diễn ra về việc liệu những thay đổi trong lớp biểu mô ruột, đặc biệt là những thay đổi ảnh hưởng đến chức năng miễn dịch bẩm sinh của nó, là nguyên nhân hay hậu quả của các bệnh nêu trên.

Hầu hết kiến ​​thức về tín hiệu PRR đã được thu thập từ nghiên cứu về các tế bào tạo máu. Đó là một thách thức để phân biệt các chức năng của tín hiệu PRR trong các tế bào biểu mô với các chức năng của các tế bào miễn dịch xâm nhập. Những trở ngại chính bao gồm những khó khăn trong việc phân lập các tế bào biểu mô thuần túy và tạo ra các kháng thể đáng tin cậy chống lại PRR. Với sự tiến bộ của các chất hữu cơ có nguồn gốc từ các tế bào gốc biểu mô ruột, hiện đã có một mô hình thí nghiệm giảm thiểu cho phép nghiên cứu phản ứng miễn dịch bẩm sinh của các tế bào biểu mô sơ cấp. Organoids được định nghĩa là các tế bào nuôi cấy theo chiều 3-, có nguồn gốc từ tế bào gốc, có khả năng tự tổ chức và giữ lại một số chức năng của cơ quan ban đầu (ví dụ: bài tiết, lọc, hấp thụ, co bóp). Vì các chất hữu cơ có thể được phát triển từ tế bào gốc trưởng thành thường trú trong mô (ASC) hoặc từ tế bào gốc đa năng (PSC), nên các tế bào này không bị biến đổi. Cùng với nhau, hai loại cơ quan bao gồm một danh mục rộng lớn các cơ quan có thể bắt chước (được xem xét trong [4, 22, 23]). Cả hai công nghệ đều có những ưu điểm của chúng (được xem xét trong [4, 22, 23]). Ví dụ, nuôi cấy các chất hữu cơ có nguồn gốc từ ASC có tiềm năng mở rộng rất lớn và tương đối đồng nhất, và các chất hữu cơ có nguồn gốc từ PSC phức tạp hơn theo nghĩa là chúng kết hợp các tế bào có nguồn gốc phát triển rất khác nhau (ví dụ như tế bào biểu mô và trung mô). Các chất hữu cơ có nguồn gốc từ PSC cho phép phân tích các bước phát triển nhưng có thể không đạt đến mức độ biệt hóa đầy đủ thành lớp biểu mô như được tìm thấy trong cơ thể sống [24]. Các chất hữu cơ có nguồn gốc từ ASC được tạo ra từ các mô của thai nhi cũng có thể cho phép nghiên cứu sự trưởng thành của biểu mô thai nhi kể từ khi chúng già đi trong môi trường nuôi cấy [24, 25].

Đánh giá này sẽ làm nổi bật những hiểu biết sâu sắc từ các nghiên cứu sử dụng các chất hữu cơ và thảo luận về tiềm năng của công nghệ này để nghiên cứu khả năng miễn dịch bẩm sinh biểu mô. Chúng tôi tập trung vào tổ chức khu vực trong đường tiêu hóa.

Bản sắc khu vực và tín hiệu miễn dịch bẩm sinh trong đường tiêu hóa

Khi xem xét các bệnh về đường tiêu hóa, điều quan trọng cần lưu ý là một số bệnh chỉ giới hạn ở một phần cụ thể của đường tiêu hóa. IBD bao gồm bệnh Crohn (CD) và viêm loét đại tràng (UC), cho thấy một kiểu viêm khác biệt và đặc trưng cho bệnh: trong khi UC bắt đầu ở trực tràng và được tìm thấy ở đại tràng, thì CD có thể ảnh hưởng đến tất cả các bộ phận của đường tiêu hóa từ khoang miệng đến hậu môn. Hơn nữa, CD được đặc trưng bởi tình trạng viêm từng đoạn, không liên tục trong đường tiêu hóa, trong khi UC thường được mô tả là tình trạng viêm liên tục của đại tràng (được xem xét trong [26, 27]). Ở thực quản, dạ dày và ruột kết, tỷ lệ mắc ung thư cao, nhiễm trùng và viêm nhiễm có thể thúc đẩy sự phát triển và tiến triển của các bệnh ung thư này (được xem xét trong [28, 29]). Ngược lại, biến đổi ác tính ở ruột non là rất hiếm (đã xem xét trong [30]). Tính đặc hiệu theo phân đoạn rõ ràng của các bệnh này trong đường tiêu hóa vẫn còn bí ẩn, nhưng có thể suy đoán rằng nguồn gốc cụ thể theo vùng của chúng bắt nguồn từ các rối loạn đặc hiệu theo vùng của hệ thống cân bằng chặt chẽ của chức năng hàng rào biểu mô, khả năng miễn dịch bẩm sinh và tái tạo niêm mạc. . Do đó, thật thú vị khi làm nổi bật sự khác biệt trong các phân đoạn trong đường tiêu hóa.

Đường tiêu hóa bao gồm một số phân đoạn được xác định về mặt giải phẫu với các chức năng vật lý rất khác biệt (được xem xét trong [31]). Chức năng chính của dạ dày là tiêu hóa thức ăn và loại bỏ mầm bệnh xâm nhập bằng axit dạ dày. Các chất dinh dưỡng không nhất thiết phải đến được lớp biểu mô của dạ dày; do đó, cơ thể đầu tư rất nhiều vào hàng rào chất nhầy bảo vệ, che chắn các tế bào biểu mô không chỉ khỏi axit của nó mà còn khỏi thành phần trong lòng ruột (đã xem xét trong [32, 33]). Ngược lại, chức năng chính của ruột non không chỉ là tiêu hóa mà còn là hấp thu chất dinh dưỡng. Để phù hợp với điều này, ruột non có diện tích bề mặt mở rộng đáng kể do nhung mao nhô vào lòng ruột, nơi bề mặt tế bào tiếp xúc gần với các chất dinh dưỡng. Hầu hết quá trình tiêu hóa diễn ra ở đoạn gần ruột non, tá tràng và hỗng tràng, nơi các nhung mao dài và mỏng. Hỗng tràng có tỷ lệ tế bào Paneth tiết ra peptide kháng khuẩn cao nhất [34], trang trí lớp chất nhầy khá lỏng lẻo, do đó bảo vệ lớp biểu mô và giữ cho ống vô trùng (được xem xét trong [35]).

Các nhung mao dần dần trở nên ngắn hơn và rộng hơn về phía hồi tràng (được xem xét trong [36]), một lần nữa, chất nhầy đảm nhận một phần quan trọng trong việc bảo vệ: với tỷ lệ tế bào cốc cao nhất, hồi tràng có lớp chất nhầy dày hơn và thấp hơn. tốc độ tiêu hóa và hấp thu cao hơn hỗng tràng [34] (xem xét trong [31]). Cuối cùng, đại tràng tái hấp thu nước và tạo thành một lớp chất nhầy bao phủ rộng, dày và hai lớp để có thể chứa hàng nghìn tỷ vi khuẩn hội sinh một cách an toàn. Kết tràng không có nhung mao và các kẽ nhỏ hơn ruột non. Không có tế bào Paneth, và tỷ lệ tế bào cốc có thể lên tới 25 phần trăm của lớp biểu mô [37]. Do đó, ba đoạn ruột có các chiến lược khác nhau để duy trì khoảng cách an toàn giữa các tế bào biểu mô và hệ vi sinh vật. Công nhận MAMP và kích hoạt các con đường miễn dịch là một lớp khác của sự tương tác này và do đó, điều hợp lý là chúng cũng được cấu trúc dọc theo đường tiêu hóa (được xem xét trong [38]). Tuy nhiên, nó vẫn là một câu đố hấp dẫn về điều gì đã định hình chính xác cấu trúc của tổ chức PRR.

Mặc dù trực quan là các gen quan trọng đối với các chức năng khu vực, chẳng hạn như tiêu hóa và hấp thu chất dinh dưỡng, tuân theo sự phân chia không gian dọc theo trục đầu đầu (được xem xét trong [39]), một tổ chức như vậy không được mong đợi đối với tín hiệu miễn dịch bẩm sinh biểu mô. Các nghiên cứu trước đây đã báo cáo quy định về tín hiệu PRR để đáp ứng với sự kích thích bằng MAMPs. Ví dụ, khả năng đáp ứng TLR4 giảm sau khi sinh, có lẽ là do tiếp xúc với LPS trong khi sinh và sau đó là sự xâm lấn của ruột [40]. Ngoài ra, kích thích TLR9 với CpG-DNA phối tử của nó dẫn đến giảm biểu hiện Tlr4 và ức chế tín hiệu TLR4 [41]. Do đó, người ta cho rằng việc tiếp xúc với các vi sinh vật, phân tử của chúng và các chất chuyển hóa trong đường tiêu hóa sẽ dẫn đến việc làm im lặng biểu hiện PRR đối với lòng ruột (đã xem xét trong [14]). Tuy nhiên, các kết quả trái ngược nhau, gây ra bởi những khó khăn kỹ thuật như kháng thể không đáng tin cậy nhắm mục tiêu TLR, dẫn đến sự nhầm lẫn trong lĩnh vực này và không rõ liệu một PRR cụ thể có được biểu thị hay không (được xem xét trong [42]). Các vết đốm phía Bắc ban đầu đối với mRNA của Tlr2 và Tlr4 trong các tế bào biểu mô phân lập ex vivo chỉ ra rằng mức độ biểu hiện của hai phân tử Tlr này là đặc hiệu theo phân đoạn: Tlr2 được biểu hiện chủ yếu ở ruột kết, trong khi Tlr4 chủ yếu được biểu hiện ở dạ dày và ruột kết. Các tác giả gọi đây là " ngăn cách chiến lược" của các TLR này [43]. Các nghiên cứu gần đây đã phát hiện ra rằng nguyên tắc biểu hiện theo phân đoạn cụ thể này vượt ra ngoài hai TLR này và đã làm sáng tỏ một tổ chức tín hiệu PRR khu vực rất phức tạp không phải lúc nào cũng tuân theo tải lượng vi sinh vật [44, 45].

Nghiên cứu đầu tiên trong số hai nghiên cứu đến từ nhóm Barton và tiết lộ một số cấp độ tổ chức biểu hiện TLR. Nhóm đã tạo ra năm chủng chuột báo cáo, cho phép phân tích biểu hiện của TLR2, 4, 5, 7 và 9 tương ứng. TLR2 và 5 được biểu hiện ở ruột non và đoạn gần đại tràng, TLR4 được biểu hiện ở ruột kết và TLR7 và 9 không được biểu hiện. Biểu hiện của phóng viên trong các chất hữu cơ từ những con chuột này gần giống với biểu hiện in vivo, cho thấy rằng biểu hiện này không phụ thuộc vào việc tiếp xúc với hệ vi sinh vật hoặc với các tế bào miễn dịch [45].

Nghiên cứu thứ hai đã sử dụng một ngân hàng sinh học gồm các chất hữu cơ của người và chuột mới được tạo ra bao phủ các phân đoạn khác nhau của đường tiêu hóa: tử thi, môn vị, tá tràng, hỗng tràng, hồi tràng và ruột kết. Phân tích phiên mã của các organoid đã xác nhận các mẫu biểu hiện của TLR do nhóm Barton báo cáo, nhưng ngoài ra còn cho thấy một mức độ biểu hiện khác biệt rất lớn của TLR, NLR, các thành phần gây sốt và các gen liên quan đến miễn dịch bẩm sinh khác (Hình 3 và [44) ]). Ví dụ, Nod2 chủ yếu được biểu hiện ở dạ dày, trong khi biểu hiện của một số thành phần con đường gây sốt như Nlrp1b, Nlrp6 và Aim2 bị hạn chế ở ruột. Các thụ thể khác nhau được thể hiện thống nhất; ví dụ, biểu hiện Tlr3 được phát hiện trong mọi phân đoạn của đường tiêu hóa ở chuột với số lượng lớn, trong khi Tlr5 được biểu hiện trong mọi phân đoạn nhưng với số lượng thấp [44]. Kết quả là, mỗi phân đoạn dường như có sự bổ sung riêng, cụ thể của các thụ thể miễn dịch bẩm sinh và các thành phần tín hiệu.

So sánh chuột với các chất hữu cơ trong đường tiêu hóa của con người đã chứng minh rằng ở cả hai loài, nguyên tắc tổ chức phức tạp của các thành phần tín hiệu PRR là giống nhau, nhưng cấu hình biểu hiện PRR của từng cá nhân có thể khác nhau. Một số PRR, như TLR4 và NLRP6, được tạo kiểu tương tự dọc theo đường tiêu hóa của cả hai loài. TLR4 được biểu hiện chủ yếu ở dạ dày và ruột kết và biểu hiện NLRP6 chỉ giới hạn ở các đoạn ruột. Mặt khác, một số PRR như TLR1 và TLR2 cho thấy các kiểu khác nhau giữa cả hai loài. Trong khi ở các chất hữu cơ ở chuột, biểu hiện của cả hai đều tăng dọc theo đường tiêu hóa và cao nhất ở ruột kết, thì ở các chất hữu cơ ở người biểu hiện cao nhất ở dạ dày và giảm dọc theo đường tiêu hóa [44]. Hơn nữa, sự biểu hiện của TLR5 cao hơn trong các chất hữu cơ của con người, với mức độ cao nhất được quan sát thấy trong dạ dày [44].

Như đã đề cập ở trên, các chất hữu cơ cũng cho phép kiểm tra xem liệu một con đường cụ thể có hoạt động hay không bằng cách bổ sung phối tử và phân tích tiếp theo biểu hiện gen mục tiêu xuôi dòng. Bổ sung cho phân tích biểu hiện cụ thể theo vùng, nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng các chất hữu cơ của người và chuột thể hiện chức năng cụ thể theo vùng: dạ dày chuột phản ứng với LPS phối tử TLR4, nhưng không phản ứng với phối tử PAM3CSK4 TLR2 hoặc Flagellin phối tử TLR5, bằng cách điều chỉnh lại NF- κB gen mục tiêu Cxcl2. Murine jejunum đã điều chỉnh lại Cxcl2 để đáp ứng với PAM3CSK4 và Flagellin, nhưng không đáp ứng với LPS. Ngoài ra, dấu hai chấm biểu hiện Cxcl2 để đáp ứng với cả 3 phối tử được thử nghiệm này [44]. Ngược lại, các chất hữu cơ của con người từ tất cả các khu vực biểu thị IL-8 tương tự Cxcl2 của con người để phản ứng với Flagellin, nhưng không phản ứng với LPS và PAM3CSK [44]. Do đó, không chỉ biểu hiện mà cả chức năng của PRR trong ruột được tổ chức cao và dành riêng cho từng phân khúc. Các thí nghiệm này được tiến hành bằng cách thêm chất kích thích vào môi trường dạng cơ, do đó chỉ kích thích mặt đáy, vì mặt đỉnh đối diện với lòng ống bịt kín của các chất hữu cơ. Các thí nghiệm khác đã chứng minh rằng có một mức độ tổ chức thậm chí còn cao hơn do biểu hiện PRR trong một phân đoạn có thể bị giới hạn ở các loại tế bào cụ thể hoặc thậm chí các vị trí dưới tế bào, chẳng hạn như chỉ ngăn cơ bản. Chúng được phác thảo chi tiết hơn dưới đây.

Mỗi khu vực của đường tiêu hóa biểu hiện bộ gen miễn dịch bẩm sinh cụ thể của nó. Mặc dù khó khái quát hóa, nhưng dữ liệu hiện tại cho thấy rằng TLR được biểu hiện nhiều nhất ở dạ dày và ruột kết, trong khi ruột non được đặc trưng bởi sự biểu hiện của các thành phần gây sốt. Hiện tại, cơ chế phân tử cơ bản và lợi ích tiến hóa vẫn chưa rõ ràng.

Chúng tôi nghi ngờ rằng các rào cản vật lý và hóa học bao phủ các lớp biểu mô ở các đoạn ruột khác nhau, mỗi lớp đều yêu cầu giám sát các mối đe dọa cụ thể. Ví dụ, cả dạ dày và ruột kết đều có lớp chất nhầy dày, hai lớp với lớp chất nhầy bên trong bám chặt vào lớp biểu mô, trong khi ruột non được bao phủ bởi một lớp chất nhầy mỏng, nhớt [46]. Lần lượt, cấu trúc khác nhau của các lớp chất nhầy có khả năng là do các chức năng khác nhau của các đoạn ruột tương ứng (tiêu hóa so với hấp thu chất dinh dưỡng so với tái hấp thu nước). Có thể hình dung rằng độ dày của chất nhầy ảnh hưởng đến loại PRR cần thiết tại các vị trí cụ thể.

Các tế bào chuyên biệt có chức năng miễn dịch trong biểu mô

Một khái niệm lâu đời về miễn dịch bẩm sinh biểu mô là sự tồn tại của sự nhận diện miễn dịch bẩm sinh đặc hiệu cho từng loại tế bào. Nguyên mẫu của các tế bào biểu mô chuyên biệt có chức năng bảo vệ là tế bào vi nếp gấp (M) và tế bào Paneth—gần đây được bổ sung bởi một tế bào cốc chuyên biệt, tế bào cốc canh gác. Sự tồn tại của các tế bào chuyên biệt như vậy làm nổi bật các hệ thống phức tạp và dư thừa đảm bảo sự cân bằng trong quá trình hấp thụ chất dinh dưỡng, cùng tồn tại với hệ vi sinh vật và giám sát những kẻ xâm lược có thể xảy ra. Sự khác biệt có định hướng của các chất hữu cơ hiện cũng cho phép nghiên cứu các tế bào này trong nuôi cấy tế bào.

Các tế bào M nằm trong biểu mô liên kết với nang bao phủ các mảng Peyer. Chúng có hình thái độc đáo với đường viền bàn chải không đều và cấu trúc vi nhung mao giảm. Vai trò của chúng là vận chuyển các kháng nguyên trong lòng ruột qua lớp biểu mô đến mô bạch huyết bên dưới để điều chỉnh các phản ứng miễn dịch [47]. Bản thân các tế bào M cũng như biểu mô liên quan đến nang trứng đã được chứng minh là biểu hiện một số TLR [48] (được xem xét trong [14]). Tuy nhiên, các tế bào M rất khó nghiên cứu vì không có nhiều trong mô biểu mô và chúng chỉ được tìm thấy gần cấu trúc phức tạp của các mảng Peyer [47]. Tuy nhiên, các tế bào M có thể được tạo ra trong môi trường nuôi cấy dạng hữu cơ bằng cách sử dụng sự biệt hóa có hướng. Đối với điều này, chất kích hoạt thụ thể của phối tử NF-κB (RANKL) được thêm vào môi trường, giúp điều chỉnh tăng yếu tố phiên mã SpiB, đặc trưng cho sự biệt hóa tế bào M [49]. Các chất hữu cơ được tạo ra từ những con chuột bị thiếu di truyền đối với tiểu đơn vị NF-κB RelB không thể tạo ra các tế bào M sau khi kích thích bằng RANKL, cho thấy rằng kích hoạt NF-κB là điều cần thiết cho sự phát triển của các tế bào M [50]. Trong nuôi cấy organoid của con người, ngoài RANKL, lymphotoxin và axit retinoic rất quan trọng để tạo ra sự khác biệt đối với các tế bào M. Các tế bào M này đặc biệt hấp thụ các loại virus đường ruột như rotavirus và reovirus, cho thấy hiện tượng sao chép chính xác chức năng của tế bào M tự nhiên cũng trong môi trường nuôi cấy dạng hữu cơ [51]. Công việc về cơ quan trong tương lai sẽ phải tiếp tục làm sáng tỏ mối liên kết của tín hiệu NF-κB biểu mô, sự phát triển của tế bào M và giao tiếp với các tế bào miễn dịch.

Các tế bào Paneth nằm xen kẽ với các tế bào gốc ruột ở đáy hầm và từ lâu đã được coi là những người bảo vệ khoang tế bào gốc vì chúng tiết ra các peptide kháng khuẩn. Ví dụ, các tế bào Paneth tiết ra alpha-defensin, một quá trình được chứng minh là được điều chỉnh bởi các kiểu vi sinh vật và cơ chế miễn dịch bẩm sinh [52, 53]. Ngoài ra, NOD2, lần đầu tiên được phát hiện trong vùng mật mã của ruột non chuột [54], điều chỉnh việc tiết ra một số alpha-defensin bởi các tế bào Paneth, từ đó dẫn đến việc kích hoạt khả năng miễn dịch thích nghi. Các tế bào Paneth cũng biểu hiện TLR5 và các chất hữu cơ giàu tế bào Paneth biểu hiện mức TLR5 đặc biệt cao. Giải trình tự RNA sau khi kích thích cho thấy rằng trong khi các cơ quan ruột non bình thường chỉ biểu hiện mức độ vừa phải của các gen mục tiêu xuôi dòng TLR5 để đáp ứng với sự kích thích bằng Flagellin, chẳng hạn như các cytokine do NF-kB gây ra, thì các cơ quan được định hướng để chứa số lượng lớn tế bào Paneth mạnh hơn nhiều phản ứng, chỉ ra rằng các tế bào Paneth là những tế bào phản ứng chính với Flagellin trong ruột non [44, 45]. Ngược lại với sự biểu hiện gen mục tiêu, phản ứng ấn tượng nhất của các tế bào Paneth (thoái hóa hạt, đùn và chết tế bào) không được kích hoạt bằng cách kích thích với các phối tử TLR mà thay vào đó yêu cầu kích thích với cytokine interferon-gamma có nguồn gốc từ tế bào miễn dịch chuyên nghiệp [55]. Những kết quả này từ các chất hữu cơ phù hợp với các quan sát cho thấy sự thoái hóa và đùn tế bào Paneth sau khi kích thích interferon-gamma in vivo [55]. Điều này nhấn mạnh một cách tao nhã hệ thống kiểm tra và cân bằng trong lớp biểu mô.

Các tế bào cốc rất quan trọng đối với việc bảo vệ biểu mô vì chúng tạo ra các chất nhầy glycosyl hóa rất quan trọng cho sự hình thành hàng rào chất nhầy trên lớp biểu mô (được xem xét trong [56]). Ở chuột, sự thiếu hụt MUC2 dẫn đến tình trạng viêm tự phát và làm tăng khả năng nhiễm trùng [57, 58]. Gần đây, một tập hợp con của các tế bào cốc có tên là các tế bào cốc canh gác đã được mô tả trong ruột kết của chuột. Sử dụng các mẫu mô, nghiên cứu đã xác định được sự dày lên của lớp chất nhầy khi tiếp xúc với các phối tử TLR1/2, 4 và 5, nhưng không phải với các phối tử TLR9, NOD1 và NOD2 [59], phù hợp với một báo cáo trước đây về Tlr 2 ,4 và 5 được thể hiện trong các ô cốc [60]. Các tác giả xác định rằng phản ứng cũng phụ thuộc vào sự hiện diện của dòng siêu nhỏ Nlrp6 và không phụ thuộc vào các tế bào lympho niêm mạc bằng cách sử dụng các mô từ một loạt chuột bị loại [59]. Ngoài ra, một báo cáo trước đây đã chứng minh tầm quan trọng của dòng siêu nhỏ NLRP6 đối với sự tiết chất nhầy của các tế bào cốc [61]. Hình ảnh cho thấy rằng các tế bào cốc cụ thể nằm trong các vùng đỉnh của mật mã được nội bào hóa bằng LPS được gắn thẻ huỳnh quang [59]. Những tế bào cốc lính canh mới được gọi là này không chỉ trải qua quá trình thoái hóa nhanh chóng và trục xuất biểu mô sau khi điều trị bằng các phối tử TLR mà còn truyền tín hiệu canxi đến các tế bào lân cận thông qua các cầu tế bào chất giữa các tế bào được hình thành bởi các mối nối khe hở, có khả năng kích thích các tế bào cốc khác tăng tiết chất nhầy [59] . Cả tế bào cốc và tế bào Paneth đều thuộc dòng bài tiết. Các chất hữu cơ cho phép sự biệt hóa có hướng đối với cả hai bản sắc tế bào, tạo ra các chất hữu cơ được làm giàu rất nhiều trong tế bào cốc hoặc tế bào Paneth [62]. So sánh các bản phiên mã của các cơ quan bị lệch này đã giúp xác định các bộ điều chỉnh chính của con đường biệt hóa [63]. Phân tích sâu hơn về dữ liệu omics cũng như phân tích chức năng của các chất hữu cơ này sẽ cho phép hiểu rõ hơn về vai trò của cả hai loại tế bào trong khả năng bảo vệ miễn dịch bẩm sinh.

Cuối cùng, bản thân các tế bào gốc cũng đã được báo cáo biểu hiện các PRR cụ thể như TLR4 [64, 65], không được tìm thấy trên nhung mao ruột non của chuột hoặc tế bào Paneth [66]. Ngoài ra, phần lớn biểu hiện Nod2 trong mật mã chuột dường như bị hạn chế ở các tế bào gốc [67]. Kích thích với phối tử NOD2 làm tăng khả năng sống sót của các tế bào gốc và sự hình thành các chất hữu cơ, cho thấy rằng việc kích thích PRR cũng có thể điều chỉnh trực tiếp quá trình tái tạo biểu mô ruột.

Không còn nghi ngờ gì nữa, những nỗ lực hiện tại nhằm tạo ra các tập bản đồ biểu hiện gen bao gồm mọi loại tế bào một cách chi tiết hơn sẽ sớm đưa ra một bức tranh hoàn chỉnh hơn về tổ chức tế bào của tín hiệu miễn dịch bẩm sinh trong ruột cũng như trong toàn bộ cơ thể [68–71 ].

Sự phân cực của tế bào và đáp ứng miễn dịch bẩm sinh đặc hiệu bên

Cuối cùng, cũng cần lưu ý rằng các tế bào biểu mô đường tiêu hóa có tính phân cực cao, với một mặt đỉnh chuyên biệt đối diện với lòng ruột với hệ vi sinh vật của nó, và một mặt bên đối diện với mô. Trong điều kiện cân bằng nội môi, các MAMP chỉ đến được phía đỉnh. Tuy nhiên, khi hàng rào biểu mô bị phá vỡ, vi sinh vật cũng có thể thách thức mặt bên. Do đó, người ta đã đưa ra giả thuyết rằng các tế bào biểu mô chỉ có thể tạo ra phản ứng tiền viêm một cách có chọn lọc khi được kích thích từ phía cơ bản, để phù hợp với mối đe dọa do tín hiệu gây ra. Ví dụ, TLR9 đã được chứng minh là tạo ra các đường truyền tín hiệu riêng biệt khi được kích thích từ phía đỉnh hoặc phía đáy trong các dòng tế bào ung thư [72] và TLR5 chỉ tạo ra gen phản ứng NF-κB IL-8 khi được kích thích từ phía đáy [73 ].
Trong khi các nghiên cứu trước đây sử dụng nhãn kháng thể chống lại TLR chỉ báo cáo biểu hiện cụ thể ở một bên (được xem xét trong [14, 16]), phân tích chuột báo cáo TLR bằng cách nhuộm thẻ HA không xác nhận điều này mà thay vào đó chứng minh TLR2, 4 và 5 các thụ thể ở cả hai phía đỉnh và đáy của đại tràng gần cũng như một số TLR4 nội bào [45]. Những khác biệt rõ ràng này có thể là do các phương pháp kỹ thuật khác nhau.

Các chất hữu cơ hiện cho phép thử nghiệm chức năng trực tiếp của các phản ứng miễn dịch đặc hiệu phụ, vì sự phân cực của tế bào được giữ lại trong các chất hữu cơ. Trong điều kiện tiêu chuẩn khi các chất hữu cơ được phát triển trong chất nền ngoại bào, mặt đỉnh đối diện với lòng của chất hữu cơ và mặt đáy đối mặt với chất nền ngoại bào [74–76]. Khi phát triển bên ngoài chất nền ngoại bào, phân cực có thể đảo ngược [77, 78]. Khi các tế bào từ các chất hữu cơ được cấy vào các bề mặt nuôi cấy tế bào tiêu chuẩn, chẳng hạn như các đĩa nuôi cấy hoặc các giếng nuôi cấy, thì phía đỉnh đối diện với lòng giếng [44, 79–82].

Một số nghiên cứu đã sử dụng các chất hữu cơ để kiểm tra chức năng chung của các PRR cụ thể mà không đề cập đến sự khác biệt cụ thể giữa kích thích đỉnh và kích thích cơ bản. Những nghiên cứu này bao gồm sự kích thích trong môi trường của các chất hữu cơ, trong điều kiện tiêu chuẩn, kích thích mặt đáy của tế bào. Sử dụng kỹ thuật này, quá trình tái điều hòa của gen mục tiêu xuôi dòng NF-κB đã được xác định sau khi kích thích cơ bản với các phối tử TLR4 trong dạ dày, TLR2 và 3 trong ruột non và TLR2, 3, 4 và 5 trong ruột kết của chuột [44, 45, 83] và phối tử của TLR2 và 5 trong dạ dày và TLR5 trong ruột non và ruột kết của con người [44]. Hơn nữa, sự kích thích cơ bản của các chất hữu cơ trong ruột kết ở chuột với chất chủ vận TLR4 gây ra sự biệt hóa tế bào, đặc biệt là đối với dòng bài tiết [64], trong khi chất chủ vận NOD2 làm tăng khả năng sống sót của tế bào gốc [67, 84] và taurine kích thích NLRP6-sự điều hòa phụ thuộc của gen mục tiêu hạ nguồn siêu phàm IL-18 [85]. Trong tất cả các nghiên cứu này, kích thích đỉnh không được thử nghiệm.

Chỉ có một số nghiên cứu đề cập đến các chức năng phụ cụ thể của PRR. Đáng chú ý là trái ngược với các nghiên cứu sử dụng các dòng tế bào ung thư phân cực, cho đến nay, không có nghiên cứu nào sử dụng các chất hữu cơ xác định được sự kích hoạt đặc hiệu phụ của gen tiền viêm phụ thuộc NF-κB điển hình. Các đơn lớp transwell có nguồn gốc từ các chất hữu cơ ruột kết của con người biểu hiện các mức độ tương tự của gen mục tiêu NF-κB IL-6 khi được kích thích từ phía đỉnh hoặc phía đáy với các phối tử TLR1/2, 3, 4, 5, 7/8 và 9 [82]. Các chất hữu cơ trong dạ dày chuột cũng phản ứng với kích thích đỉnh với LPS phối tử TLR4 trong một số thử nghiệm, bao gồm cả trong các giếng chuyển và vi tiêm LPS vào lòng của các chất hữu cơ [44]. Các tế bào biểu mô ruột non ở chuột không biểu hiện gen mục tiêu NF-κB icam1 để đáp ứng với một loạt các phối tử, bất kể chúng được thêm vào các cơ quan nguyên vẹn, do đó kích thích mặt đáy hoặc được thêm vào các tế bào đơn lẻ, do đó kích thích tất cả bên [55].

Tuy nhiên, nhìn xa hơn phản ứng NF-κB, một nghiên cứu gần đây đã xác định chức năng phụ cụ thể của TLR3 và tầm quan trọng của nó trong việc lây nhiễm vi-rút [82]. Kết quả của các thí nghiệm với các lớp đơn lớp có nguồn gốc từ cơ quan ruột kết của con người cho thấy rằng sự biểu hiện của các gen bảo vệ vi-rút quan trọng loại I và loại III interferon đã được điều chỉnh lại sau khi kích thích cơ bản với chất chủ vận TLR3, nhưng không phải sau khi kích thích với các chất chủ vận TLR khác. Khi bị nhiễm virus, tương tự, phản ứng interferon của các organoid mạnh hơn nhiều khi bị nhiễm từ phía đáy so với nhiễm từ phía ngọn. Điều này có thể nhìn thấy trong các đơn lớp có nguồn gốc từ cơ quan cũng như trong các cơ quan được tiêm vi rút. Nghiên cứu đã xác định thêm bộ tiếp hợp phân loại clathrin AP-1B là phân tử chịu trách nhiệm cho sự biểu hiện phân cực của TLR3. Tương ứng, những con chuột thiếu Ap-1b cho thấy phản ứng miễn dịch trầm trọng hơn sau khi nhiễm vi-rút [82]. Điều này xác nhận chức năng phân cực của PRR và nêu bật tầm quan trọng của mức độ điều chỉnh này trong việc điều chỉnh hơn nữa khả năng nhận biết và phòng thủ mầm bệnh.

Cho đến nay, không có câu trả lời "một kích thước phù hợp với tất cả" cho câu hỏi phân cực và việc giải quyết bản chất cụ thể của trang web của tín hiệu PRR vẫn là một nhiệm vụ đầy thách thức về mặt kỹ thuật cho tương lai.

Khoan dung như một phản ứng đối với quá trình thuộc địa hóa và như một chương trình phát triển mặc định

Các cơ chế góp phần vào việc tổ chức miễn dịch bẩm sinh biểu mô vẫn chưa rõ ràng. Khái niệm chính về vấn đề này là tạo ra khả năng dung nạp sau khi xâm nhập vào ruột vô trùng trong khi sinh, cái gọi là cửa sổ cơ hội (được xem xét trong [86–88]). Khái niệm này giả định một giai đoạn mồi của hệ thống miễn dịch bẩm sinh và thích ứng sau khi sinh, tạo tiền đề cho cân bằng nội môi miễn dịch và các tương tác giữa vật chủ và vi khuẩn sau đó.

Hệ thống miễn dịch sơ sinh và khả năng miễn dịch bẩm sinh biểu mô được trang bị độc đáo để làm chủ quá trình chuyển đổi này từ tình trạng vô sinh sang cùng tồn tại với hệ vi sinh vật. Khi mới sinh, ruột sơ sinh của con người đã trưởng thành hoàn toàn với các nhung mao ruột và các ống chứa tế bào Paneth. Lớp biểu mô ruột ở trẻ sơ sinh ở chuột chưa trưởng thành hơn và trải qua một sự thay đổi đáng kể có thể đo lường được ở cấp độ phiên mã khi so sánh các giai đoạn phát triển khác nhau [89] và có thể nhìn thấy trong cấu trúc mô và sự biệt hóa tế bào: Trục lông nhung chưa được hình thành và sự tăng sinh của tế bào là thấp hơn, không có di chuyển tế bào hoặc tẩy tế bào chết. Nó không chứa các tế bào Paneth trưởng thành; tuy nhiên, các tế bào ruột tạo ra peptide kháng khuẩn giống như cathelicidin (CRAMP) [90]. Tế bào Paneth xuất hiện khi tinh thể hình thành 2 tuần sau khi sinh [91]. Vào thời điểm cai sữa, biểu mô được hình thành đầy đủ với các gai và nhung mao, tế bào ruột, tế bào cốc và tế bào nội tiết ruột; Các tế bào Paneth đã đảm nhận việc sản xuất peptide kháng khuẩn; và các tế bào cốc đã tăng sản xuất chất nhầy để tạo thành lớp chất nhầy (được xem xét trong [92]).

Quá trình chuyển đổi biểu mô phụ thuộc vào tuổi này đi đôi với sự giảm dần biểu hiện TLR5 trong biểu mô ruột non. Đồng thời, biểu hiện của TLR3 tăng lên trong thời kỳ sơ sinh. Các PRR khác, chẳng hạn như TLR2, 4 và 9, được biểu hiện ở mức độ tương tự ở chuột sơ sinh và chuột trưởng thành [45, 93].

Các cơ chế dẫn đến việc điều chỉnh biểu hiện và chức năng của PRR sau khi sinh vẫn chưa rõ ràng. Như đã đề cập ở trên, một số nghiên cứu đã đề xuất sự đóng góp của môi trường, đặc biệt là sự xâm nhập của vi sinh vật, vào việc điều chỉnh biểu hiện PRR sau khi sinh [40, 41] (được xem xét trong [14]). Tuy nhiên, chuột không có mầm bệnh so với chuột không có mầm bệnh cụ thể không cho thấy sự khác biệt trong biểu hiện TLR ở ruột non hoặc ruột kết, cho thấy rằng cả quá trình điều chỉnh tăng TLR3 hay điều hòa giảm TLR5 trong giai đoạn đầu này đều phụ thuộc vào hệ vi sinh vật [45, 93]. Ngoài ra, trong các chất hữu cơ, sự biểu hiện của nhiều, nhưng không phải tất cả, các thành phần tín hiệu PRR đã được xác định trong các chất hữu cơ từ các mô chưa bao giờ tiếp xúc với các sản phẩm vi sinh vật [44]. Điều này chỉ ra rằng một phần lớn tổ chức của các đường truyền tín hiệu miễn dịch bẩm sinh được xác định độc lập khi tiếp xúc với hệ vi sinh vật và dường như được xác định bởi các quá trình phát triển mặc định, chẳng hạn như các quá trình được nêu ở trên, hình thành nên đặc điểm nhận dạng mô chung dọc theo đường tiêu hóa. . Điều này không loại trừ việc tinh chỉnh thêm biểu hiện PRR bởi các yếu tố môi trường trong thời kỳ trưởng thành.

Tầm quan trọng của việc điều chỉnh kịp thời các tương tác của vi khuẩn trong biểu mô trở nên rõ ràng khi biểu mô chưa trưởng thành sớm phải đối mặt với sự xâm nhập của vi khuẩn: trẻ sinh non dễ bị viêm ruột hoại tử (NEC), đặc trưng bởi hoại tử ruột, nhiễm trùng toàn thân và đa cơ quan. sự thất bại. Mặc dù cơ chế bệnh sinh được coi là đa yếu tố, một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng nó phát triển để đáp ứng với sự mất cân bằng giữa tín hiệu tiền viêm và cơ chế sửa chữa trong ruột non (được xem xét trong [94]) và sự đóng góp của PRR đã được đề xuất [41, 65, 95 –97]. Một số nghiên cứu đã sử dụng các chất hữu cơ của thai nhi [24, 98, 99], các chất hữu cơ của chuột bình thường tiếp xúc với vi khuẩn và tình trạng thiếu oxy để tạo mô hình NEC [100] hoặc các chất hữu cơ từ mô hình NEC của chuột cũng như từ các bệnh nhân NEC [101]. Các nghiên cứu trong tương lai sẽ sử dụng các mô hình cơ quan mới và đã được thiết lập này để xác định rõ hơn sự đóng góp của biểu mô trong NEC.

Mô hình hóa các khía cạnh phụ thuộc vào biểu mô của IBD với các chất hữu cơ

Mất tính toàn vẹn của hàng rào biểu mô ruột là một đặc điểm xác định của IBD, tức là CD và UC, và dường như được gây ra bởi sự tương tác đa yếu tố của khuynh hướng di truyền, các yếu tố môi trường, sự thay đổi của hệ vi sinh vật đường ruột và sự thay đổi của phản ứng miễn dịch tại chỗ và toàn thân (đã xem xét trong [27]). Các phương pháp trị liệu hiện tại chủ yếu nhắm vào các phản ứng miễn dịch (bất thường) trong IBD, có liên quan đến tỷ lệ người không đáp ứng và tác dụng phụ cao (được xem xét trong [27]). Một sự hiểu biết được cải thiện về sự đóng góp đặc hiệu của biểu mô vào sinh lý bệnh của IBD là cần thiết để xác định các mục tiêu điều trị mới cũng có thể tác động trực tiếp đến sự phục hồi hàng rào biểu mô ruột và do đó chữa lành niêm mạc.

Để hiểu rõ hơn về bệnh lý biểu mô, một số nhóm đã thiết lập các ngân hàng sinh học sống bao gồm các chất hữu cơ được tạo ra từ từng bệnh nhân mắc UC hoặc CD. Mặc dù cách tiếp cận này là rõ ràng, nhưng cho đến nay, chỉ có một số nghiên cứu báo cáo kết quả từ các chất hữu cơ có nguồn gốc từ nhóm bệnh nhân này [102–104]. Điều này có thể được giải thích bằng quan sát rằng các chất hữu cơ từ bệnh nhân mắc IBD khó tạo ra hơn. Kinh nghiệm của chúng tôi là các chất hữu cơ được tạo ra từ bệnh nhân CD phát triển chậm hơn trong những lần truyền đầu tiên và một số mẫu bị mất— điều này có liên quan đến tỷ lệ ô nhiễm vi khuẩn cao hơn trong môi trường nuôi cấy [105].

Đặc điểm của các chất hữu cơ có nguồn gốc từ bệnh nhân mắc IBD cho thấy một kiểu hình với kích thước và khả năng nảy mầm giảm, tỷ lệ tế bào chết tăng, các mảnh vụn trong lòng và sự phân cực đảo ngược một phần của các tế bào biểu mô [106]. So sánh toàn cầu các chất hữu cơ từ bệnh nhân UC hoặc CD và các biện pháp kiểm soát lành mạnh cho thấy sự khác biệt về phiên mã và methyl hóa được thấy trong biểu mô ruột được duy trì trong ống nghiệm [102, 103, 107]. Ngoài ra, một nghiên cứu trước đó từ các chất hữu cơ được tạo ra từ bệnh nhân bị CD đã đề xuất sự thay đổi vĩnh viễn của tế bào gốc ruột trong IBD. Điều này dựa trên quan sát rằng các chất hữu cơ được tạo ra từ các tổn thương CD đang hoạt động duy trì mức độ biểu hiện cao của các dấu hiệu tế bào gốc biểu mô ruột [108]. Điều này ở một mức độ nào đó đã được xác nhận trong một nghiên cứu gần đây, trong đó các cơ quan ruột kết có nguồn gốc từ bệnh nhi IBD cho thấy một kiểu biểu hiện kéo dài của các gen trình diện kháng nguyên [109].

Tập trung vào những thay đổi trong chức năng hàng rào biểu mô ruột, bao gồm mất các mối nối chặt chẽ và desmosome, thường được tìm thấy trong IBD [110], người ta đã chứng minh rằng các chất hữu cơ từ bệnh nhân CD duy trì kiểu hình thay đổi mối nối này trong điều kiện nuôi cấy [105]. Điều này đặc biệt xảy ra khi các chất hữu cơ được tạo ra từ các vị trí bị viêm nặng [105]. Việc giảm các protein liên kết cũng có thể được gây ra trong các chất hữu cơ từ những người hiến tặng khỏe mạnh bằng cách sử dụng cytokine tiền viêm TNF- và/hoặc IFN- [106, 111]. Tuy nhiên, mô hình thay đổi cố định của các protein liên kết trong các cơ quan từ bệnh nhân mắc IBD chỉ được quan sát thấy ở mức độ protein chứ không phải ở mức độ mRNA [105].

Những quan sát này cho thấy rằng một số thay đổi được cố định trong các chất hữu cơ từ bệnh nhân IBD. Quan sát rằng một số, nhưng không phải tất cả, những thay đổi vĩnh viễn chỉ có thể nhìn thấy trên protein, chứ không phải ở cấp độ RNA, cho thấy rằng có những thay đổi vĩnh viễn trong sửa đổi sau phiên mã hoặc thoái hóa protein ở các chất hữu cơ từ bệnh nhân IBD. Tuy nhiên, điều này vẫn còn phải được điều tra chi tiết.

Chính xác những gì gây ra những thay đổi vĩnh viễn trong các kiểu biểu hiện của biểu mô bị viêm là không rõ ràng. Tác dụng của hệ vi sinh vật đã bị nghi ngờ từ lâu; tuy nhiên, một nghiên cứu gần đây đã chứng minh rằng tác dụng của hệ vi sinh vật trên biểu mô sẽ mất đi theo thời gian [112]. Nghiên cứu đã so sánh một số cơ sở chuột vì các thành phần hệ vi sinh vật khác nhau của các đàn chuột đã được xác định là yếu tố gây nhiễu trong các nghiên cứu trên cơ thể sống. Để làm rõ hiệu ứng này, nghiên cứu đã so sánh các chủng phân lập biểu mô và nuôi cấy cơ quan từ chuột không có mầm bệnh và hai khuẩn lạc chuột không có mầm bệnh cụ thể riêng biệt với hệ vi sinh vật khác nhau. Trong khi biểu mô mới được phân lập cho thấy dấu ấn của sự tiếp xúc với hệ vi sinh vật đối với mức độ RNA và protein, hiệu ứng này đã mất đi sau vài tuần nuôi cấy các chất hữu cơ trong ruột non [112]. Ngoài ra, một so sánh toàn cầu về biểu hiện gen của các chất hữu cơ được tạo ra từ các vùng bị viêm hoặc không bị viêm của cùng một bệnh nhân IBD đã chứng minh rằng các chất hữu cơ IBD của các vùng bị viêm đã mất biểu hiện gen gây viêm sau vài tuần nuôi cấy. Các bản phiên mã của các chất hữu cơ sau đó được nhóm lại trên mỗi bệnh nhân; do đó, sự khác biệt vĩnh viễn giữa IBD và các biện pháp kiểm soát lành mạnh vẫn còn. Sau đó, kiểu hình gây viêm trong các chất hữu cơ IBD có thể được tái tạo bằng cách bổ sung một loại cocktail cytokine [107]. Nhìn chung, điều này cho thấy rằng những thay đổi vĩnh viễn được quan sát thấy ở các chất hữu cơ từ bệnh nhân IBD không phụ thuộc vào việc tiếp xúc với hệ vi sinh vật hoặc cytokine.

Do đó, mặc dù có thể suy đoán rằng một số thay đổi vĩnh viễn trong tế bào biểu mô ruột ở bệnh nhân mắc IBD có thể là do những thay đổi trong tín hiệu miễn dịch bẩm sinh gây ra, nhưng bằng chứng cho điều này hiện đang khan hiếm. Ngoài ra, không phải tất cả các thay đổi biểu mô được quan sát thấy ở các vùng bị viêm trong ruột đều được bảo tồn vĩnh viễn trong biểu mô tinh khiết, cho thấy sự đóng góp quan trọng từ môi trường địa phương. Trong tương lai, các nghiên cứu mới với các mô hình cơ quan phức tạp hơn, cũng kết hợp các tế bào miễn dịch, kích thích cytokine gây viêm và đồng nuôi cấy với vi sinh vật, sẽ giúp giải quyết giả thuyết này chi tiết hơn.

Kết luận, quan điểm trong tương lai và Triển vọng

Tóm lại, trong khi nhiều bệnh trong đường tiêu hóa vẫn chưa được hiểu đầy đủ, thì bằng chứng ngày càng tăng cho thấy vai trò quan trọng của biểu mô đường tiêu hóa trong cơ chế bệnh sinh của nhiều bệnh trong số đó - mặc dù vai trò cụ thể của nó vẫn chưa rõ ràng.

Kiến thức hạn chế về chức năng miễn dịch bẩm sinh của biểu mô đường tiêu hóa được cho là do thiếu các mô hình thí nghiệm thích hợp. Với việc triển khai công nghệ organoid, một bước quan trọng đã được thực hiện để khắc phục vấn đề này. Các chất hữu cơ được tạo ra từ mỗi vùng của đường tiêu hóa sẽ bổ sung đáng kể vào kiến ​​thức hiện có. Theo tiết lộ của các nghiên cứu trước đây, việc tạo ra các chất hữu cơ mang lại lợi thế quan trọng là có thể quan sát phản ứng của các tế bào đường tiêu hóa nguyên phát trái ngược với các dòng tế bào biến đổi, chủ yếu được tạo ra từ các khối u ác tính đường tiêu hóa. Một trong những tính năng hấp dẫn nhất của các chất hữu cơ là chúng duy trì các đặc điểm cụ thể của đoạn đường tiêu hóa mà chúng được tạo ra từ đó như một phần nhận dạng tế bào của chúng trong thời kỳ trưởng thành. Theo các nghiên cứu thực nghiệm hiện nay, bản sắc khu vực được cố định trong các tế bào gốc đường tiêu hóa. Trong bối cảnh này, một vấn đề còn lại sẽ là xác định chính xác cách thức và thời điểm trong quá trình phát triển, chương trình nội tại này xảy ra.

Khi xem xét các khái niệm cụ thể về cách biểu mô có thể phản ứng hoặc tương tác với môi trường, công nghệ organoid hiện đã cho phép chiếu sáng biểu hiện và chức năng phân biệt và phân đoạn cụ thể của PRR trong biểu mô đường tiêu hóa. Hậu quả chức năng tổng thể đối với các hệ thống điều tiết phức tạp trong toàn bộ đường tiêu hóa vẫn chưa rõ ràng và sẽ phải được giải quyết trong tương lai. Đối với điều này, điều quan trọng là phải nuôi cấy các chất hữu cơ với các tế bào miễn dịch (được đánh giá trong [113]), các tế bào của hệ thần kinh ruột [114] và các yếu tố bên trong như đồng nuôi cấy vi khuẩn (được đánh giá trong [115]) (Hình . 4).

Một khía cạnh quan trọng nữa là các chất hữu cơ được tạo ra từ mô bệnh nhân bị ảnh hưởng bởi các bệnh đường tiêu hóa như IBD duy trì một số đặc điểm được thấy trong các mẫu mô tương ứng mà chúng được lấy từ đó. Điều này mang lại khả năng duy nhất để làm sáng tỏ hơn nữa sự đóng góp của biểu mô và bệnh cụ thể vào cơ chế bệnh sinh của các bệnh GI, không chỉ những bệnh liên quan đến những thay đổi do viêm mà còn cả những bệnh liên quan đến những thay đổi trong bệnh ác tính. Cả hai đều có thể liên quan đến sự đóng góp cụ thể của khả năng miễn dịch bẩm sinh có nguồn gốc từ biểu mô. Đối với điều này, việc thiết lập một cách có hệ thống các "ngân hàng sinh học sống" sẽ là một bước quan trọng. Là một tầm nhìn cho tương lai, các ngân hàng sinh học sống như vậy có thể được gắn vào các ngân hàng sinh học hiện có, hiện chỉ cung cấp các vật liệu sinh học "chết". Điều này sẽ đại diện cho một bước tiến quan trọng khác không chỉ đối với nghiên cứu mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc chẩn đoán và điều trị cá nhân hóa cho bệnh nhân.

Hộp 1. Khả năng miễn dịch bẩm sinh và tế bào biểu mô trong đường tiêu hóa chưa rõ liệu tác động quan sát được là do tín hiệu miễn dịch bẩm sinh trong tế bào biểu mô hay tế bào miễn dịch chuyên nghiệp.

Để giải quyết sự tương tác giữa các tế bào miễn dịch chuyên nghiệp và tế bào biểu mô, một số nghiên cứu đã sử dụng các loại bỏ đặc hiệu biểu mô, hoặc gần đây hơn là các cơ quan biểu mô. Trong các mô hình chuột, không có sự xóa PRR cụ thể nào ở biểu mô dẫn đến viêm tự phát. Tuy nhiên, những con chuột bị MyD88 loại bỏ đặc hiệu biểu mô dễ bị viêm đại tràng thực nghiệm hơn và cho thấy sự phá vỡ rào cản nghiêm trọng, phản ứng của cốc và tế bào Paneth bị suy yếu [121], đồng thời giảm sản xuất chất nhầy và peptide kháng khuẩn [121, 122]. Các chất hữu cơ trong ruột non không tạo ra phản ứng viêm đối với một số phối tử PRR tinh khiết [55], mặc dù điều này không thể khái quát hóa và phụ thuộc vào loài, vị trí và tuổi của mô mà các chất hữu cơ được tạo ra từ [44, 45].

Việc không có kiểu hình viêm tự phát trong các mô hình loại bỏ PRR đặc hiệu của tế bào biểu mô ủng hộ giả thuyết rằng các yếu tố khác ngoài phản ứng viêm chung của biểu mô có tác động đến cân bằng nội mô biểu mô. Ví dụ, kích thích với chất chủ vận NOD2 muramyl dipeptide (MDP) đã làm tăng số lượng các chất hữu cơ phát triển từ các tế bào gốc bị cô lập, cho thấy rằng tín hiệu miễn dịch bẩm sinh đã hỗ trợ sự sống sót của các tế bào gốc [67, 84]. Hơn nữa, dữ liệu từ chuột nêu bật tầm quan trọng của tác dụng chống chết theo chương trình của tín hiệu NF-κB để đáp ứng với các kích thích khác, chẳng hạn như TNF- [123]. Điều thú vị là ở người, tính đa hình trong các gen miễn dịch bẩm sinh bao gồm NOD2 và TLR4 có liên quan đến việc tăng nguy cơ phát triển IBD [124] và phong tỏa TNF- hiện là phương pháp điều trị IBD hiệu quả nhất ở một số bệnh nhân (được xem xét trong [125]).

Một bức tranh nổi lên, trong đó mức độ kích thích miễn dịch bẩm sinh thấp rất quan trọng đối với sự bài tiết chất nhầy, tính toàn vẹn của hàng rào bảo vệ và sự sống của tế bào biểu mô. Sự suy yếu của nó có thể cho phép di chuyển vi khuẩn đường ruột từ lòng vào mô dưới biểu mô, dẫn đến viêm.

Sự nhìn nhận

Chúng tôi cảm ơn Ömer Kaya đã giúp minh họa và Rike Zietlow đã chỉnh sửa.

Đóng góp của tác giả

Ý tưởng: SB Ý tưởng ban đầu: SB và Ö.K.; tìm kiếm tài liệu: Ö.K., NS và SB; Bản nháp ban đầu: Ö.K. Sửa đổi, viết lại, thêm các phần: NS, SB Tất cả các tác giả đã phê bình sửa đổi bản thảo cuối cùng.

Kinh phí

Tài trợ Truy cập Mở được kích hoạt và tổ chức bởi Projekt DEAL. Công trình này được hỗ trợ bởi Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG GRK 2157; Mô hình mô 3D để nghiên cứu nhiễm vi sinh vật gây bệnh ở người, Dự án 10, cho SB), Trung tâm nghiên cứu lâm sàng liên ngành (IZKF; www.med.uni-wuerzburg.de/izkf /startseite) ở Würzburg (Cấp AD-427 cho NS và SB) và DFG SPP1982 SCHL1962/5-2 cho NS.

tuyên bố

Xung đột lợi ích

Các tác giả tuyên bố không có lợi ích cạnh tranh.

Truy cập mở

Bài viết này được cấp phép theo Creative Commons Attribution 4.0 Giấy phép quốc tế, cho phép sử dụng, chia sẻ, điều chỉnh, phân phối và tái sản xuất ở bất kỳ phương tiện hoặc định dạng nào, miễn là bạn cung cấp tín dụng phù hợp cho (các) tác giả gốc ) và nguồn, cung cấp liên kết đến giấy phép Creative Commons và cho biết liệu các thay đổi có được thực hiện hay không. Hình ảnh hoặc tài liệu của bên thứ ba khác trong bài viết này được bao gồm trong giấy phép Creative Commons của bài viết trừ khi có quy định khác trong hạn mức tín dụng đối với tài liệu. Nếu tài liệu không có trong giấy phép Creative Commons của bài viết và mục đích sử dụng của bạn không được phép theo quy định pháp luật hoặc vượt quá mức sử dụng được phép, bạn sẽ cần xin phép trực tiếp từ người giữ bản quyền.

Người giới thiệu

1. Goodwin CS (1984) Vi khuẩn và nhiễm trùng đường ruột

2. Sekirov I, Russell SL, Antunes LCM, Finlay BB (2010) Hệ vi sinh vật đường ruột đối với sức khỏe và bệnh tật. Physiol Rev 90:859–904

3. Simon GL, Gorbach SL (1986) Hệ vi sinh vật đường ruột của con người. Dig Dis Sci 31:147S–162S

4. Bartfeld S, Clevers H (2017) Các chất hữu cơ có nguồn gốc từ tế bào gốc và ứng dụng của chúng trong nghiên cứu y học và điều trị bệnh nhân. J Mol Med:1–10. https://doi.org/10.1007/s00109-017-1531-7

5. Barker N (2014) Tế bào gốc ruột trưởng thành: động lực quan trọng của tái tạo và cân bằng nội môi biểu mô. Nat Rev Mol Cell Biol 15:19–33

6. Bartfeld S, Koo BK (2017) Tế bào gốc dạ dày trưởng thành và hốc của chúng. Wiley Interdiscip Rev Dev Biol 6:e261. https://doi.org/ 10.1002/wdev.261

7. Liwinski T, Zheng D, Elinav E (2020) Các thụ thể miễn dịch bẩm sinh của hệ vi sinh vật và tế bào. Immunol Rev 297:1–18

8. Burgueño JF, Abreu MT (2020) Các thụ thể giống Toll biểu mô và vai trò của chúng trong cân bằng nội môi và bệnh tật ở ruột. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 17:263–278

9. Christian S, Kanneganti TD (2020) Inflammasomes và ranh giới mong manh giữa khả năng phòng vệ và bệnh tật. Curr Opin Immunol 62:39–44

10. Ying L, Ferrero RL (2019) Vai trò của tín hiệu NOD1 và ALPK1/TIFA trong khả năng miễn dịch bẩm sinh chống lại Helicobacter pylori. Nhiễm trùng pp:159–177

11. Takeuchi O, Akira S (2010) Các thụ thể nhận dạng mẫu và tình trạng viêm. Ô 140:805–820

12. Peterson LW, Artis D (2014) Tế bào biểu mô ruột: bộ điều chỉnh chức năng rào cản và cân bằng nội môi miễn dịch. Nat Rev Immunol 14:141–153

13. Pott J, Hornef M (2012) Tín hiệu miễn dịch bẩm sinh ở biểu mô ruột trong cân bằng nội môi và bệnh tật. Đại diện EMBO 13:684–698

14. Abreu MT (2010) Toll-like thụ thể truyền tín hiệu trong biểu mô ruột: cách nhận dạng vi khuẩn hình thành chức năng đường ruột. Miễn dịch Nat Rev 10:131–144

15. Zhang K, Hornef MW, Dupont A (2015) Biểu mô ruột với vai trò là người bảo vệ tính toàn vẹn của hàng rào ruột. Vi sinh vật tế bào 17:1561–1569

16. Yu S, Gao N (2015) Ngăn các thụ thể giống tế bào biểu mô ruột để giám sát miễn dịch. Cuộc sống tế bào Mol Khoa học 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) Alpha-kinase 1 là một thụ thể miễn dịch bẩm sinh tế bào đối với ADP-heptose của vi khuẩn. Thiên nhiên. 561:122–126

18. Milivojevic M, Dangeard AS, Kasper CA, Tschon T, Emmenlauer M, Pique C, Schnupf P, Guignot J, Arrieumerlou C (2017) ALPK1 kiểm soát TIFA/TRAF6-miễn dịch bẩm sinh phụ thuộc chống lại heptose{{5} },7-bisphotphat của vi khuẩn gram âm. PLoS Pathog 13: e1006224. https://doi.org/10.1371/journal.ppat. 1006224

19. Zimmermann S, Pfannkuch L, Al-Zeer MA và cộng sự (2017) ALPK1- và đáp ứng miễn dịch bẩm sinh phụ thuộc TIFA được kích hoạt bởi hệ bài tiết helicobacter pylori týp IV. Đại diện di động 20:2384– 2395

20. Abreu MT, Fukata M, Arditi M (2005) Tín hiệu TLR trong ruột đối với sức khỏe và bệnh tật. J Immunol 174:4453–4460 174/8/4453 [pii]

For more information:1950477648nn@gamil.com