Immunità Innata Epiteljali Gastrointestinali-reġjonalizzazzjoni U Organojdi Bħala Mudell Ġdid

Il-passaġġ gastrointestinali tal-bniedem huwa f'kuntatt kostanti ma 'stimuli mikrobjali. L-ostakli tiegħu jridu jiżguraw il-koeżistenza mal-batterji commensali filwaqt li jippermettu s-sorveljanza ta' patoġeni intrużi. Fiċ-ċentru tal-interazzjoni jinsab is-saff epiteljali, li jimmarka l-konfini tal-ġisem. Huwa mgħammar b'numru kbir ta 'sensuri immuni intrinsiċi differenti, bħal riċetturi bħal Toll, biex jintramaw risponsi infjammatorji għall-mikrobi. Disfunzjoni ta 'din is-sistema kkomplikata tirriżulta f'patoloġiji assoċjati ma' infjammazzjoni, bħal mard infjammatorju tal-musrana. Madankollu, il-kumplessità tal-interazzjonijiet ċellulari, il-bażi molekulari tagħhom, u l-iżvilupp tagħhom għadhom mifhuma ħażin. F'dawn l-aħħar snin, organoids derivati ​​miċ-ċelloli staminali kisbu attenzjoni dejjem akbar bħala mudelli promettenti kemm għall-iżvilupp kif ukoll għal firxa wiesgħa ta 'patoloġiji, inkluż mard infettiv. Barra minn hekk, l-organoids jippermettu l-istudju tal-immunità innata epiteljali in vitro. F'din ir-reviżjoni, aħna niffukaw fuq il-barriera epiteljali gastrointestinali u l-organizzazzjoni reġjonali tagħha biex niddiskutu s-sensing u l-iżvilupp tal-immunità intrinsika.

L-espożizzjoni għal stimuli mikrobjali tista 'ttejjeb l-immunità, minħabba li stimuli mikrobjali jistgħu jistimulaw il-ġisem biex jipproduċi ċelluli immuni u molekuli immuni, u b'hekk jistimulaw ir-rispons immuni tal-ġisem. Speċifikament, l-espożizzjoni għal stimuli mikrobjali tista 'tattiva ċelluli immuni bħal makrofaġi, ċelluli dendritiċi, u ċelluli naturali killer, taċċellera l-proliferazzjoni u d-divrenzjar ta' ċelluli immuni, u ttejjeb il-vitalità u r-reżistenza għall-mard taċ-ċelluli immuni. Barra minn hekk, stimoli mikrobjali jistgħu wkoll jippromwovu reazzjonijiet infjammatorji u regolazzjoni immuni, u jtejbu d-difiża immuni tal-ġisem kontra l-patoġeni. Għalhekk, espożizzjoni raġonevoli għal stimuli mikrobjali tista 'tippromwovi t-titjib tal-immunità umana. Wieħed jista 'jara li rridu ntejbu l-immunità. Cistanche jista 'jtejjeb l-immunità b'mod sinifikanti. L-irmied tal-laħam fih diversi ingredjenti bijoloġikament attivi, bħal polisakkaridi, żewġ faqqiegħ, Huang Li, eċċ Dawn l-ingredjenti jistgħu jistimulaw diversi tipi ta 'laħam fis-sistema immuni. ċelluli, iżidu l-vijabbiltà immuni tagħhom.

Ikklikkja benefiċċji għas-saħħa ta 'cistanche

Kliem ewlieni

Passaġġ gastro-intestinali. Immunità. Reġjonalizzazzjoni u organoids.

Introduzzjoni

Il-passaġġ gastrointestinali (GI) huwa meħtieġ għad-diġestjoni tal-ikel u jifrex mill-kavità orali permezz tal-esofagu, l-istonku, il-musrana ż-żgħira, u l-musrana l-kbira sal-anus. Il-lumen GI huwa kkolonizzat minn varjetà vasta ta 'kummensali, simbionti, u kultant patoġeni. Il-kolonizzazzjoni mikrobjali ssegwi gradjent b'inqas minn 103 mikrobi / ml fl-istonku għal 103 -107 mikrobi / ml fil-musrana ż-żgħira u 1011-1012 mikrobi / ml fil-kolon (revedut f'[1-3]). Mill-istonku glandulari 'l quddiem, il-passaġġ GI huwa miksi b'saff wieħed ta' ċelluli epiteljali kolonni. Dan is-saff epiteljali jinkludi ċelluli speċjalizzati differenti, magħqudin sewwa minn kumplessi ta 'proteini tal-junctional, li jinfurzaw il-barriera fiżika (Fig. 1).

L-interazzjoni bejn il-mikrobijota tal-musrana kif ukoll il-patoġeni inġeriti u ċ-ċelloli epiteljali hija medjata minn riċetturi ta’ rikonoxximent tal-mudell (PRRs), inklużi riċetturi simili għal Toll (TLRs), dominju ta’ oligomerizzazzjoni li jorbtu nukleotidi (NOD) – riċetturi simili (NLRs), u oħrajn. riċetturi ċitosoliċi (Fig. 2, riveduti fi [7, 11]). Dawn il-PRRs għandhom rwol ewlieni fir-rikonoxximent tal-mudelli molekulari assoċjati mal-mikrobi (MAMPs) u l-mudelli molekulari assoċjati mal-ħsara (DAMPs). Mal-attivazzjoni tal-PRR fiċ-ċelloli epiteljali, kaskati ta 'sinjalazzjoni downstream jinduċu l-espressjoni ta' ċitokini u kemokini differenti permezz ta 'mogħdijiet infjammatorji, bħall-mogħdija NF-κB, biex jidderieġu ċ-ċelloli immuni professjonali (riveduti f'[8, 12-16]). Minbarra l-PRRs klassiċi, reċentement ġew skoperti aktar sensuri ta 'attivitajiet batterjali, bħall-alpha-kinase 1 (ALPK1) [17-19]. Inflammasomi, kumplessi ċitoplasmiċi magħmulin minn proteini NLR, jirrikonoxxu mudelli molekulari addizzjonali, bħal metaboliti batterjali (reveduti f'[7, 9]).

Ir-risponsi immuni innati gastrointestinali, inkluż sensing PRR, iridu jibbilanċjaw il-ħtieġa għall-protezzjoni minn patoġeni potenzjalment ta 'ħsara ma' li jkunu kapaċi jittolleraw l-espożizzjoni għall-mikrobijoma luminali divers. Għalhekk, l-espressjoni u l-funzjoni tas-sinjalar PRR huma mistennija li jkollhom impatt kbir mhux biss fuq is-sensing tal-patoġeni iżda wkoll fuq l-omeostasi tat-tessuti (Kaxxa 1) u mard infjammatorju inkluż gastroenterite akuta, gastrite u mard infjammatorju tal-musrana (IBDs) (revedut f'[ 12, 13, 20, 21]). Għalkemm kull waħda minn dawn il-mard turi patoġenesi kompletament differenti, jaqsmu karatteristika kritika: l-interface bejn l-ambjent u l-ġisem hija mfixkla b'mod sinifikanti. Madankollu, hemm dibattitu kontinwu dwar jekk il-bidliet fis-saff epiteljali intestinali, b'mod partikolari dawk li jaffettwaw il-funzjoni immuni intrinsika tiegħu, humiex kawża jew konsegwenza tal-mard imsemmi hawn fuq.

Il-biċċa l-kbira tal-għarfien dwar is-sinjalar PRR inġabar mir-riċerka dwar iċ-ċelloli ematopojetiċi. Kienet sfida li tiddiskrimina l-funzjonijiet tas-sinjalar PRR fiċ-ċelloli epiteljali minn dawk taċ-ċelloli immuni li jinfiltraw. Ostakli ewlenin jinkludu diffikultajiet biex jiġu iżolati ċelluli epiteljali puri u biex jinġabru antikorpi affidabbli kontra PRRs. Bl-avvanz ta 'organoids li ġejjin minn ċelloli staminali epiteljali intestinali, mudell sperimentali riduzzjonista issa huwa disponibbli li jippermetti investigazzjonijiet fir-rispons immuni intrinsiku taċ-ċelloli epiteljali primarji. Organojdi huma definiti bħala 3- kulturi ta' ċelluli dimensjonali derivati ​​minn ċelluli staminali li għandhom il-kapaċità li jorganizzaw lilhom infushom u jżommu ftit mill-funzjoni tal-organu oriġinali (eż. sekrezzjoni, filtrazzjoni, assorbiment, kontrazzjoni). Peress li l-organoids jistgħu jitkabbru jew minn ċelloli staminali adulti residenti fit-tessuti (ASCs) jew minn ċelloli staminali pluripotenti (PSCs), iċ-ċelloli mhumiex trasformati. Flimkien, iż-żewġ tipi ta 'organoids ikopru repertorju estensiv ta' organi li jistgħu jiġu mimikati (revedut f'[4, 22, 23]). Iż-żewġ teknoloġiji għandhom il-vantaġġi tagħhom (reveduti fi [4, 22, 23]). Pereżempju, kulturi ta 'organoids derivati ​​minn ASC għandhom potenzjal ta' espansjoni tremend u huma relattivament omoġenji, u organoids derivati ​​minn PSC huma aktar kumplessi fis-sens li jgħaqqdu ċelluli ta 'oriġini ta' żvilupp differenti ħafna (eż. ċelluli epiteljali u mesenkimali). Organojdi derivati ​​minn PSC jippermettu l-analiżi tal-passi tal-iżvilupp iżda jistgħu ma jilħqux il-livell sħiħ ta 'divrenzjar fis-saff epiteljali kif misjub in vivo [24]. Organojdi derivati ​​mill-ASC iġġenerati minn tessuti tal-fetu jistgħu wkoll jippermettu l-istudju tal-maturazzjoni tal-epitelja tal-fetu peress li jixjieħu fil-kultura [24, 25].

Din ir-reviżjoni se tenfasizza għarfien minn studji li jużaw organoids u tiddiskuti l-potenzjal ta 'din it-teknoloġija għall-istudju tal-immunità innata epiteljali. Aħna niffokaw fuq l-organizzazzjoni reġjonali fil-passaġġ gastrointestinali.

Identità reġjonali u sinjalazzjoni immuni intrinsika fil-passaġġ GI

Meta wieħed iħares lejn mard gastrointestinali huwa importanti li wieħed jinnota li xi wħud minnhom huma limitati għal sezzjoni speċifika tal-passaġġ gastrointestinali. L-IBD tinkludi l-marda ta’ Crohn (CD) u l-kolite ulċerattiva (UC), li juru mudell ta’ infjammazzjoni differenzjali u speċifiku għall-mard: filwaqt li l-UC tibda fir-rektum u tinstab fil-kolon, is-CD tista’ taffettwa l-partijiet kollha tal-passaġġ GI minn il-kavità orali għall-anus. Barra minn hekk, is-CD hija kkaratterizzata minn infjammazzjoni segmentali u mhux kontinwa fi ħdan il-passaġġ GI, filwaqt li l-UC normalment tiġi deskritta bħala infjammazzjoni kontinwa tal-kolon (riveduta f'[26, 27]). Fl-esofagu, fl-istonku u fil-kolon, l-inċidenza tal-kanċer hija għolja, u l-infezzjoni u l-infjammazzjoni jistgħu jippromwovu l-iżvilupp u l-progressjoni ta 'dawn il-kanċer (revedut fi [28, 29]). B'kuntrast, it-trasformazzjoni malinna fil-musrana ż-żgħira hija rari ħafna (riveduta fi [30]). L-ispeċifiċità apparenti tas-segment ta 'dan il-mard fil-passaġġ GI tibqa' enigmatika, iżda huwa jitħajjar li wieħed jispekula li l-oriġini speċifika għar-reġjun tagħhom għandha l-għeruq f'disturbi speċifiċi għar-reġjun tas-sistema bbilanċjata sewwa tal-funzjoni tal-barriera epiteljali, l-immunità intrinsika u r-riġenerazzjoni tal-mukuża. . Għalhekk, huwa interessanti li jiġu enfasizzati d-differenzi fis-segmenti fi ħdan il-passaġġ GI.

Il-passaġġ GI jinkludi diversi segmenti definiti anatomikament b'funzjonijiet fiżiċi distinti ħafna (reveduti fi [31]). Il-funzjoni ewlenija ta 'l-istonku hija d-diġestjoni ta' l-ikel u l-eliminazzjoni ta 'patoġeni deħlin bl-aċidu gastriku. In-nutrijenti m'għandhomx għalfejn jilħqu s-saff epiteljali tal-istonku; għalhekk, il-ġisem jinvesti ħafna f'barriera protettiva tal-mukus, li jipproteġi ċ-ċelloli epiteljali mhux biss mill-aċidu tiegħu iżda wkoll mill-kontenut luminali (revedut f'[32, 33]). B'kuntrast, il-funzjoni ewlenija tal-musrana ż-żgħira mhix biss id-diġestjoni iżda wkoll l-assorbiment ta 'nutrijenti. B'konformità ma 'dan, il-musrana ż-żgħira għandha żona tal-wiċċ mkabbra b'mod sinifikanti minħabba l-villi li joħorġu 'l barra fil-lumen tal-musrana, fejn l-uċuħ taċ-ċelluli jiġu f'kuntatt mill-qrib man-nutrijenti. Il-biċċa l-kbira tad-diġestjoni sseħħ fil-musrana ż-żgħira prossimali, id-duwodenu u l-ġejunum, fejn il-villi huma twal u rqaq. Il-jejunum għandu l-ogħla proporzjon ta 'ċelluli Paneth li jħeġġu peptidi antimikrobiċi [34], li jżejnu l-mukus pjuttost maħlul, u b'hekk iħarsu s-saff epiteljali u jżommu l-kripti sterili (revedut fi [35]).

Il-villi jsiru progressivament iqsar u usa’ lejn l-ileum (revedut f’[36]), fejn għal darb’oħra, il-mukus jieħu f’idejh parti importanti mill-protezzjoni: bl-ogħla proporzjon ta’ ċelluli goblet, l-ileum għandu saff eħxen tal-mukus u aktar baxx. rata ta 'diġestjoni u assorbiment mill-jejunum [34] (revedut fi [31]). Fl-aħħar nett, il-kolon jassorbi mill-ġdid l-ilma u jinvesti f'għatu ta 'mukus estensiv, oħxon u b'żewġ saffi biex ikun jista' jospita b'mod sikur triljuni ta 'batterji commensali. Il-kolon m'għandux villi u l-kripti huma iżgħar minn dawk tal-musrana ż-żgħira. M'hemm l-ebda ċelluli Paneth, u l-proporzjon taċ-ċelluli goblet jista 'jkun sa 25 fil-mija tas-saff epiteljali [37]. Għalhekk, it-tliet segmenti tal-imsaren għandhom strateġiji differenti biex iżommu distanza sigura bejn iċ-ċelloli epiteljali u l-mikrobijota. Ir-rikonoxximent u l-attivazzjoni tal-MAMP tal-mogħdijiet immuni huma saff ieħor ta 'din l-interazzjoni u għalhekk, huwa raġonevoli biss li huma wkoll strutturati tul il-passaġġ GI (revedut fi [38]). Madankollu, tibqa' riddle affaxxinanti dwar x'jiffurma eżattament l-istruttura tal-organizzazzjoni PRR.

Filwaqt li huwa intuwittiv li ġeni importanti għall-funzjonijiet reġjonali, bħad-diġestjoni u l-assorbiment tan-nutrijenti, isegwu kompartimentalizzazzjoni spazjali tul l-assi ċefalokawdali (riveduta f'[39]), organizzazzjoni bħal din ma kinitx mistennija għal sinjalazzjoni immuni epiteljali intrinsika. Studji preċedenti kienu rrappurtaw regolamentazzjoni tas-sinjalar PRR b'reazzjoni għall-istimulazzjoni b'MAMPs. Pereżempju, ir-rispons għal TLR4 tonqos wara t-twelid, preżumibbilment minħabba l-espożizzjoni għal LPS waqt il-kunsinna u l-kolonizzazzjoni sussegwenti tal-imsaren [40]. Ukoll, l-istimulazzjoni ta 'TLR9 bil-ligand CpG-DNA tagħha twassal għal tnaqqis fl-espressjoni Tlr4 u jinibixxi s-sinjalar TLR4 [41]. Għalhekk, kien mistenni li l-kuntatt mal-mikro-organiżmi, il-molekuli tagħhom, u l-metaboliti fil-passaġġ GI kien iwassal għas-sajlenser tal-espressjoni PRR lejn il-lumen tal-musrana (riveduta f'[14]). Madankollu, riżultati kontradittorji, ikkawżati minn diffikultajiet tekniċi bħal antikorpi mhux affidabbli li jimmiraw it-TLRs, wasslu għal konfużjoni fil-qasam u ma kienx ċar, jekk PRR partikolari kienx espress jew le (revedut fi [42]). Early Northern blots għal mRNA ta 'Tlr2 u Tlr4 f'ċelluli epiteljali iżolati ex vivo indikaw li l-livelli ta' espressjoni ta 'dawn iż-żewġ molekuli Tlr kienu speċifiċi għas-segment: Tlr2 kien espress prinċipalment fil-kolon, filwaqt li Tlr4 kien espress prinċipalment fl-istonku u l-kolon L-awturi semmew dan ". kompartimentalizzazzjoni strateġika" ta' dawn it-TLRs [43]. Studji reċenti issa skoprew li dan il-prinċipju ta 'espressjoni speċifika għas-segment jestendi lil hinn minn dawn iż-żewġ TLRs, u żvela organizzazzjoni reġjonali kumplessa ħafna ta' sinjalazzjoni PRR li mhux dejjem issegwi t-tagħbija mikrobjali [44, 45].

L-ewwel miż-żewġ studji ġie mill-grupp Barton u żvela diversi livelli ta 'organizzazzjoni ta' espressjoni TLR. Il-grupp iġġenera ħames razez ta 'ġrieden reporter, li ppermettew analiżi tal-espressjoni ta' TLR2, 4, 5, 7, u 9, rispettivament. TLR2 u 5 ġew espressi fil-musrana ż-żgħira u l-kolon prossimali, TLR4 kien espress fil-kolon u TLR7 u 9 ma ġewx espressi. L-espressjoni ta 'riporter f'organoids minn dawn il-ġrieden imitat mill-qrib l-espressjoni in vivo, li tindika li l-espressjoni hija indipendenti mill-kuntatt mal-mikrobijota jew maċ-ċelloli immuni [45].

It-tieni studju uża bijobank ta 'organoids umani u murini ġenerati friski li jkopru s-segmenti differenti tal-passaġġ GI: corpus, pylorus, duwodenu, jejunum, ileum, u kolon. L-analiżi tat-traskrizzjoni tal-organoids ikkonfermat il-mudelli tal-espressjoni għat-TLRs irrappurtati mill-grupp Barton, iżda barra minn hekk żvelat firxa vasta ta 'espressjoni differenzjali ta' TLRs, NLRs, komponenti inflammasome, u ġeni oħra relatati mal-immunità intrinsika (Fig. 3 u [44). ]). Pereżempju, Nod2 kien espress prinċipalment fl-istonku, filwaqt li espressjonijiet ta 'diversi komponenti tal-mogħdija inflammasome bħal Nlrp1b, Nlrp6 u Aim2 kienu ristretti għall-imsaren. Diversi riċetturi ġew espressi b'mod uniformi; pereżempju, l-espressjoni Tlr3 ġiet skoperta f'kull segment tal-passaġġ GI murina f'ammonti għoljin, filwaqt li Tlr5 ġie espress f'kull segment iżda f'ammonti baxxi [44]. Bħala riżultat, kull segment jidher li għandu l-kumpliment speċifiku tiegħu stess ta 'riċetturi immuni intrinsiċi u komponenti ta' sinjalazzjoni.

It-tqabbil tal-murine mal-organoids gastrointestinali umani wera li fiż-żewġ speċi l-prinċipju tal-organizzazzjoni kumplessa tal-komponenti tas-sinjalar PRR kien l-istess, iżda l-profili tal-espressjoni PRR individwali jistgħu jvarjaw. Xi PRRs, bħal TLR4 u NLRP6, kienu disinji simili tul il-passaġġ GI taż-żewġ speċi. TLR4 kien espress b'mod predominanti fl-istonku u l-kolon u l-espressjoni NLRP6 kienet ristretta għas-segmenti tal-musrana. Min-naħa l-oħra, diversi PRRs bħal TLR1 u TLR2 wrew mudelli li kienu differenti bejn iż-żewġ speċi. Filwaqt li fl-organoids murini, l-espressjoni tat-tnejn żdiedet tul il-passaġġ GI u kienet l-ogħla fil-kolon, fl-organoids tal-bniedem l-espressjoni kienet l-ogħla fl-istonku u naqset tul il-passaġġ GI [44]. Barra minn hekk, l-espressjoni ta 'TLR5 kienet ogħla fl-organoids tal-bniedem, bl-ogħla livelli osservati fl-istonku [44].

Kif issemma hawn fuq, l-organoids jippermettu wkoll l-ittestjar ta 'jekk mogħdija partikolari hijiex funzjonali biż-żieda tal-ligand u analiżi sussegwenti tal-espressjoni tal-ġeni fil-mira downstream. Jikkumplimenta l-analiżi tal-espressjoni speċifika għar-reġjun, l-istudju sab ukoll li l-organoids tal-bniedem u tal-marieni juru funzjoni speċifika għar-reġjun: l-istonku tal-ġrieden irrisponda għall-ligand TLR4 LPS, iżda mhux il-ligand TLR2 PAM3CSK4 jew il-ligand TLR5 flagellin, billi rregola l-NF- κB ġene fil-mira Cxcl2. Jejunum murina rregola Cxcl2 bi tweġiba għal PAM3CSK4 u flagellin, iżda mhux bi tweġiba għal LPS. Barra minn hekk, il-kolon esprima Cxcl2 bi tweġiba għal dawn it-3 ligandi ttestjati kollha [44]. B'kuntrast, organoids umani mir-reġjuni kollha esprimew l-analogu Cxcl2 uman IL-8 bi tweġiba għal flagellin, iżda mhux bi tweġiba għal LPS u PAM3CSK [44]. Għalhekk, mhux biss l-espressjoni iżda wkoll il-funzjoni tal-PRRs fl-imsaren hija organizzata ħafna u speċifika għas-segment. Dawn l-esperimenti twettqu billi żżid l-istimolu mal-medju organoid, u b'hekk jistimulaw biss in-naħa bażali, peress li n-naħa apikali tiffaċċja l-lumen issiġillat tal-organoids. Esperimenti oħra wrew li hemm livell saħansitra ogħla ta 'organizzazzjoni peress li l-espressjoni PRR fi ħdan segment tista' tkun ristretta għal tipi speċifiċi ta 'ċelluli jew saħansitra postijiet subċellulari, bħall-kompartiment bażali biss. Dawn huma deskritti f'aktar dettall hawn taħt.

Kull reġjun tal-passaġġ GI jesprimi s-sett speċifiku tiegħu ta 'ġeni immuni intrinsika. Għalkemm ġeneralizzazzjoni hija diffiċli, id-dejta attwali tissuġġerixxi li TLRs huma espressi l-aktar fl-istonku u l-kolon, filwaqt li l-musrana ż-żgħira hija kkaratterizzata mill-espressjoni ta 'komponenti inflammasome. Bħalissa, il-mekkaniżmu molekulari sottostanti u l-benefiċċju evoluzzjonarju mhumiex ċari.

Aħna nissuspettaw li l-ostakli fiżiċi u kimiċi li jkopru s-saffi epiteljali fis-segmenti differenti tal-imsaren kull wieħed jeħtieġ monitoraġġ ta 'theddid speċifiku. Pereżempju, l-istonku u l-kolon għandhom it-tnejn saff ta 'mukus b'żewġ saffi, oħxon bis-saff ta' mukus ta 'ġewwa mwaħħla sew mas-saff epiteljali, filwaqt li l-musrana ż-żgħira hija koperta minn saff irqiq u viskuż ta' mukus [46]. Il-kostituzzjonijiet differenti tas-saffi tal-mukus min-naħa tagħhom huma probabbli minħabba l-funzjonijiet differenti tas-segmenti rispettivi tal-imsaren (diġestjoni vs teħid ta 'nutrijenti vs assorbiment mill-ġdid tal-ilma). Huwa konċepibbli li l-ħxuna tal-mukus tinfluwenza t-tip ta 'PRRs meħtieġa f'siti speċifiċi.

Ċelloli speċjalizzati b'funzjoni immuni fl-epitelju

Kunċett li ilu fit-tul fl-immunità innata epiteljali huwa l-eżistenza ta 'rikonoxximent immuni intrinsiku speċifiku għat-tip taċ-ċellula. Prototipi taċ-ċelluli epiteljali speċjalizzati b'funzjoni ta 'difiża huma ċ-ċelluli microfold (M) u ċ-ċelluli Paneth-reċentement ikkumplimentati minn ċellula goblet speċjalizzata, iċ-ċellula goblet sentinella. L-eżistenza ta 'ċelluli speċjalizzati bħal dawn tenfasizza s-sistemi kkomplikati u żejda li jiżguraw il-bilanċ ta' teħid ta 'nutrijenti, koeżistenza mal-mikrobijota, u monitoraġġ ta' invażuri possibbli. Id-divrenzjar dirett ta 'organoids issa jippermetti wkoll l-istudju ta' dawn iċ-ċelloli fil-kultura taċ-ċelluli.

Iċ-ċelloli M jinsabu fl-epitelju assoċjat mal-follikulu li jkopri l-irqajja' ta' Peyer. Għandhom morfoloġija unika bi fruntieri ta 'pinzell irregolari u strutturi ta' microvilli mnaqqsa. Ir-rwol tagħhom huwa li jittrasportaw antiġeni fil-lumen tal-musrana tul is-saff epiteljali għat-tessut limfojde sottostanti għar-regolazzjoni tar-risponsi immuni [47]. Iċ-ċelluli M infushom kif ukoll l-epitelju assoċjat mal-follikulu intwerew li jesprimu diversi TLRs [48] (revedut fi [14]). Madankollu, iċ-ċelloli M kienu diffiċli biex jiġu studjati peress li m'hemmx ħafna fit-tessut epiteljali u jinstabu biss ħdejn l-istruttura kumplessa tal-garża ta 'Peyer [47]. Madankollu, ċelluli M jistgħu jiġu ġġenerati f'kulturi organoid bl-użu ta 'divrenzjar dirett. Għal dan, l-attivatur tar-riċettur tal-ligand NF-κB (RANKL) huwa miżjud mal-mezz, li jirregola l-fattur ta 'traskrizzjoni SpiB, li huwa karatteristika tad-divrenzjar taċ-ċelluli M [49]. Organojdi ġġenerati minn ġrieden defiċjenti ġenetikament għas-subunità NF-κB RelB mhumiex kapaċi jipproduċu ċelluli M wara stimulazzjoni b'RANKL, li jindika li l-attivazzjoni NF-κB hija essenzjali għall-iżvilupp ta 'ċelluli M [50]. Fil-kultura organoid tal-bniedem, minbarra RANKL, lymphotoxin, u aċidu retinojku huma kruċjali biex jinduċu divrenzjar lejn ċelluli M. Dawn iċ-ċelluli M speċifikament jieħdu viruses enteriċi bħal rotavirus u reovirus, u dan jindika fenokopjar korrett tal-funzjoni taċ-ċellula M naturali wkoll f'kulturi organoid [51]. Ix-xogħol organoid tal-ġejjieni se jkollu jkompli jiżvela l-interkonnessjoni tas-sinjalar epiteljali NF-κB, l-iżvilupp taċ-ċelluli M, u l-komunikazzjoni maċ-ċelloli immuni.

Iċ-ċelloli Paneth huma mħallta maċ-ċelloli staminali intestinali fil-bażi tal-kripta u ilhom jitqiesu bħala l-gwardjani tal-kompartiment taċ-ċelloli staminali minħabba li jħeġġu peptidi antimikrobiċi. Pereżempju, iċ-ċelloli Paneth inixxu l-alfa-defensins, proċess muri li huwa regolat minn mudelli mikrobjali u mekkaniżmi immuni intrinsiċi [52, 53]. Barra minn hekk, NOD2, li ġie misjub għall-ewwel darba fir-reġjun tal-kripta tal-musrana ż-żgħira murina [54], jirregola s-sekrezzjoni ta 'diversi alpha-defensins minn ċelloli Paneth, li mbagħad iwassal għall-attivazzjoni tal-immunità adattiva. Iċ-ċelloli Paneth jesprimu wkoll TLR5 u organoids arrikkit biċ-ċelloli Paneth jesprimu livelli speċjalment għoljin ta 'TLR5. Is-sekwenzjar tal-RNA wara l-istimulazzjoni jiżvela li filwaqt li l-organoids intestinali żgħar normali jesprimu biss livelli moderati tal-ġeni fil-mira downstream TLR5 bi tweġiba għall-istimulazzjoni bil-flagellina, bħal ċitokini indotti minn NF-kB, organoids diretti biex ikun fihom numri għoljin ta 'ċelluli Paneth jimmontaw ħafna aktar b'saħħtu. rispons, li jindika li ċ-ċelloli Paneth huma r-rispons ewlieni għall-flagellin fil-musrana ż-żgħira [44, 45]. B'kuntrast mal-espressjoni tal-ġeni fil-mira, ir-rispons l-aktar drammatiku taċ-ċelloli Paneth (degranulazzjoni, estrużjoni u mewt taċ-ċelluli) ma jiġix attivat minn stimulazzjoni b'ligandi TLR iżda pjuttost jeħtieġ stimulazzjoni biċ-ċitokin interferon-gamma derivat minn ċelluli immuni professjonali [55]. Dawn ir-riżultati minn organoids jaqblu mal-osservazzjonijiet li juru d-degranulazzjoni u l-estrużjoni taċ-ċelluli Paneth wara stimulazzjoni tal-interferon-gamma in vivo [55]. Dan jenfasizza b'mod eleganti s-sistema ta 'kontrolli u bilanċi fis-saff epiteljali.

Iċ-ċelloli goblet huma importanti għad-difiża epiteljali minħabba li jipproduċu l-mucins glikosilati kruċjali għall-formazzjoni ta 'barriera tal-mukus fuq is-saff epiteljali (revedut f'[56]). Fil-ġrieden, id-defiċjenza ta' MUC2 tirriżulta f'infjammazzjoni spontanja u żżid is-suxxettibilità għall-infezzjoni [57, 58]. Riċentement, subsett ta 'ċelluli goblet bl-isem ta' ċelluli goblet sentinel ġie deskritt fil-kolon tal-ġurdien. Bl-użu ta' esplants tat-tessuti, l-istudju identifika tħaxxin tas-saff tal-mukus bi tweġiba għall-espożizzjoni għal ligandi TLR1/2, 4, u 5, iżda mhux għal ligandi TLR9, NOD1, u NOD2 [59], b'kongruwenza ma' rapport preċedenti ta 'Tlr 2 ,4 u 5 jiġu espressi f'ċelluli goblet [60]. L-awturi ddeterminaw li r-rispons kien jiddependi wkoll fuq il-preżenza tal-infjammasoma Nlrp6 u kien indipendenti minn limfoċiti mukożi li jużaw tessuti minn firxa ta 'ġrieden knockout [59]. Ukoll, rapport preċedenti wera l-importanza tal-inflammasome NLRP6 għas-sekrezzjoni tal-mukus minn ċelluli goblet [61]. L-immaġini wrew li ċelluli goblet speċifiċi li jinsabu fir-reġjuni apikali tal-kripta endocytosed immarkati b'mod fluworexxenti LPS [59]. Dawn iċ-ċelluli goblet sentinel li għadhom kif jissejħu mhux biss jgħaddu minn degranulazzjoni rapida u tkeċċija epiteljali wara t-trattament bil-ligandi TLR iżda wkoll jittrasmettu sinjal tal-kalċju lil ċelluli ġirien permezz ta 'pontijiet ċitoplasmiċi interċellulari ffurmati minn gap junctions, li x'aktarx jistimulaw ċelluli goblet oħra biex iżidu t-tnixxija tal-mukus [59] . Kemm iċ-ċelloli goblet kif ukoll iċ-ċelloli Paneth jappartjenu għan-nisel sekretorju. L-organoids jippermettu differenzjazzjoni diretta lejn iż-żewġ identitajiet taċ-ċelluli, li jagħtu organoids arrikkit ħafna jew f'ċelluli goblet jew f'ċelloli Paneth [62]. It-tqabbil tat-traskriptomi ta 'dawn l-organoids skewed għen biex jiġu identifikati regolaturi ewlenin tal-mogħdija tad-divrenzjar [63]. Analiżi ulterjuri tad-dejta omics kif ukoll analiżi funzjonali ta 'dawn l-organoids se jippermettu fehim aħjar tar-rwol taż-żewġ tipi ta' ċelluli fid-difiża immuni intrinsika.

Fl-aħħar nett, iċ-ċelloli staminali nfushom ġew irrappurtati wkoll li jesprimu PRRs speċifiċi bħal TLR4 [64, 65], li ma jinstabux fuq il-villi intestinali ż-żgħar murini jew iċ-ċelloli Paneth [66]. Barra minn hekk, il-maġġoranza tal-espressjoni Nod2 fil-kripta murina tidher li hija ristretta għal ċelloli staminali [67]. L-istimulazzjoni b'ligand NOD2 żiedet is-sopravivenza taċ-ċelloli staminali u l-formazzjoni ta 'organoids, u tindika li l-istimulazzjoni ta' PRRs tista 'wkoll tirregola r-riġenerazzjoni epiteljali tal-musrana direttament.

Mingħajr dubju, l-isforzi attwali biex jiġu ġġenerati atlases ta’ espressjoni tal-ġeni li jkopru kull tip ta’ ċellula f’aktar dettall dalwaqt se jagħtu stampa aktar kompleta tal-organizzazzjoni ċellulari tas-sinjalar immuni intrinsiku fl-imsaren kif ukoll fil-ġisem kollu [68–71] ].

Polarità taċ-ċelluli u risponsi immuni intrinsiċi speċifiċi għall-ġenb

Fl-aħħarnett, huwa wkoll rilevanti li wieħed jikkunsidra li ċ-ċelloli epiteljali gastrointestinali huma polarizzati ħafna, b'naħa apikali speċjalizzata li tiffaċċja l-lumen tal-imsaren bil-mikrobijota tagħha, u naħa basolaterali li tħares it-tessut. Taħt l-omeostażi, il-MAMPs jilħqu n-naħa apikali biss. Madankollu, meta l-barriera epiteljali tinkiser, il-mikro-organiżmi jistgħu wkoll jisfidaw in-naħa basolaterali. Għalhekk ġie ipotetizzat li ċ-ċelloli epiteljali jistgħu b'mod selettiv jimmontaw rispons pro-infjammatorju biss meta jiġu stimulati min-naħa basolaterali, biex jaqblu mat-theddida maħluqa mis-sinjal. Pereżempju, TLR9 intwera li jinduċi mogħdijiet ta' sinjalar distinti meta stimulat min-naħa apikali jew bażolaterali fil-linji taċ-ċelluli tal-kanċer [72] u TLR5 indotta biss il-ġene tar-rispons NF-κB IL-8 meta stimulat min-naħa bażali [73 ].
Filwaqt li studji preċedenti li użaw it-tikkettjar tal-antikorpi kontra TLRs irrappurtaw espressjoni speċifika fuq naħa waħda biss (riveduta f'[14, 16]), analiżi ta' ġrieden reporter TLR bl-użu ta' tbajja' ta' tikketta HA ma kkonfermatx dan iżda minflok wriet TLR2, 4, u 5. riċetturi kemm fuq naħat apikali kif ukoll bażali tal-kolon prossimali kif ukoll xi TLR4 intraċellulari [45]. Dawn id-differenzi apparenti huma probabbli minħabba l-approċċi tekniċi differenti.

L-organoids issa jippermettu ttestjar funzjonali dirett ta 'risponsi immuni speċifiċi għall-ġenb, peress li l-polarizzazzjoni ċellulari tinżamm fl-organoids. Taħt kundizzjonijiet standard meta l-organoids jitkabbru f'matriċi extraċellulari, in-naħa apikali tiffaċċja l-lumen tal-organoid u n-naħa bażali tiffaċċja l-matriċi extraċellulari [74-76]. Meta titkabbar barra minn matriċi extraċellulari, il-polarità tista 'treġġa' lura [77, 78]. Meta ċelluli minn organoids jinżergħu fuq uċuħ ta 'kultura taċ-ċelluli standard, bħal platti tal-kultura jew transwells, in-naħa apikali tiffaċċja l-lumen tal-bir [44, 79-82].

Diversi studji użaw organoids biex jittestjaw il-funzjoni ġenerali ta 'PRRs partikolari mingħajr ma jindirizzaw differenzi speċifiċi bejn stimulazzjoni apikali u bażali. Dawn l-istudji inkludew l-istimolu fil-medju ta 'l-organoids, li, taħt kondizzjonijiet standard, jistimula n-naħa bażali taċ-ċellula. Bl-użu ta' din it-teknika, ir-regolazzjoni 'l fuq tal-ġeni fil-mira downstream NF-κB ġiet identifikata wara stimulazzjoni bażali b'ligandi ta' TLR4 fl-istonku, TLR2 u 3 fil-musrana ż-żgħira, u TLR2, 3, 4, u 5 fil-kolon tal-ġrieden [44, 45, 83] u għal ligandi ta 'TLR2 u 5 fl-istonku u TLR5 fil-musrana ż-żgħira u l-kolon tal-bniedem [44]. Barra minn hekk, l-istimulazzjoni bażali tal-organoids tal-kolon tal-marieni b'agonisti TLR4 indott differenzjazzjoni ċellulari, speċjalment lejn in-nisel sekretorju [64], filwaqt li l-agonisti NOD2 indottaw żieda fis-sopravivenza taċ-ċelloli staminali [67, 84], u t-taurine stimulat upregulation dipendenti fuq NLRP6- tal-ġene fil-mira downstream inflammasome IL-18 [85]. F'dawn l-istudji kollha, l-istimulazzjoni apikali ma ġietx ittestjata.

Ftit studji biss indirizzaw il-funzjonijiet sekondarji speċifiċi tal-PRRs. Ta 'min jinnota li kuntrarjament għall-istudji li jużaw linji taċ-ċelluli tal-kanċer polarizzati, s'issa, l-ebda studju li juża organoids ma identifika attivazzjoni speċifika tal-ġenb ta' ġene proinfjammatorju tipiku dipendenti fuq NF-κB. Monosaffi Transwell derivati ​​minn organoids tal-kolon tal-bniedem jesprimu livelli simili tal-ġene fil-mira NF-κB IL-6 meta stimulati min-naħa apikali jew bażali b'ligandi ta' TLR1/2, 3, 4, 5, 7/8, u 9 [82]. L-organoids gastriċi murini rrispondew ukoll għal stimulazzjoni apikali bil-ligand TLR4 LPS f'diversi analiżi, inkluż f'transwells u mikroinjezzjoni ta 'LPS fil-lumen ta' organoids [44]. Iċ-ċelloli epiteljali intestinali żgħar tal-Murine ma esprimewx il-ġene icam1 fil-mira NF-κB b'reazzjoni għal firxa ta' ligands, irrispettivament minn jekk ġewx miżjuda ma' organoids intatti, u b'hekk jistimulaw in-naħa bażali, jew miżjuda ma' ċelluli singoli u dissoċjati, u b'hekk jistimulaw kollha. naħat [55].

Madankollu, meta wieħed iħares lil hinn mir-rispons NF-κB, studju reċenti identifika funzjoni speċifika tal-ġenb ta 'TLR3 u l-importanza tagħha f'infezzjoni virali [82]. Riżultati ta 'esperimenti b'monosaffi derivati ​​minn organoid tal-kolon uman urew li l-espressjoni tal-ġeni kritiċi tad-difiża tal-virus tat-tip I u l-interferon tat-tip III kienet regolata 'l fuq wara stimulazzjoni bażali b'agonist TLR3, iżda mhux wara stimulazzjoni b'agonisti TLR oħra. Meta infettat b'virus, bl-istess mod, ir-rispons tal-interferon tal-organoids kien ħafna aktar b'saħħtu meta infettat min-naħa bażali meta mqabbel mal-infezzjoni min-naħa apikali. Dan kien viżibbli f'monosaffi derivati ​​minn organoid kif ukoll f'organoids mikroinjettati bil-virus. L-istudju identifika aktar l-adapter tal-issortjar tal-klatrin AP-1B bħala l-molekula responsabbli għall-espressjoni polarizzata ta' TLR3. B'mod korrispondenti, ġrieden defiċjenti fl-Ap-1b urew reazzjonijiet immuni aggravati wara infezzjoni virali [82]. Dan jikkonferma l-funzjoni polarizzata tal-PRRs u jenfasizza l-importanza ta’ dan il-livell ta’ regolamentazzjoni biex jimmodula aktar ir-rikonoxximent u d-difiża tal-patoġeni.

S'issa, m'hemm l-ebda tweġiba ta '"daqs wieħed għal kulħadd" għall-mistoqsija dwar il-polarità, u s-soluzzjoni tan-natura speċifika tas-sit tas-sinjalar PRR tibqa' kompitu teknikament ta' sfida għall-futur.

Tolleranza bħala reazzjoni għall-kolonizzazzjoni u bħala programm ta' żvilupp default

Il-mekkaniżmi li jikkontribwixxu għall-organizzazzjoni tal-immunità innata epiteljali għadhom mhux ċari. Il-kunċett ewlieni f'dan ir-rigward kien l-induzzjoni ta 'tolleranza wara l-kolonizzazzjoni tal-imsaren sterili waqt it-twelid, l-hekk imsejħa tieqa ta' opportunità (reveduta fi [86-88]). Dan il-kunċett postula perjodu ta 'priming tas-sistema immuni intrinsika u adattiva wara t-twelid, li jistabbilixxi l-istadju għall-omeostasi immuni u l-interazzjonijiet sussegwenti tal-mikrobi ospitanti.

Is-sistema immunitarja tat-trabi u l-immunità innata epiteljali huma mgħammra b'mod uniku biex jegħlbu din it-tranżizzjoni mill-isterilità għall-koeżistenza mal-mikrobijota. Mat-twelid, l-imsaren tat-twelid tal-bniedem huwa kompletament matur b'villi intestinali u kripti li fihom ċelloli Paneth. Is-saff epiteljali intestinali tat-trabi tat-trabi tat-twelid huwa aktar immatur u jgħaddi minn bidla drammatika li tista' titkejjel fuq il-livell tat-traskriptome li tqabbel l-istadji differenti tal-iżvilupp [89] u viżibbli fl-arkitettura tat-tessuti u d-divrenzjar taċ-ċelluli: L-assi kripto-villus għadu mhux iffurmat u l-proliferazzjoni taċ-ċelluli hija aktar baxxi, mingħajr migrazzjoni jew tqaxxir taċ-ċelluli. Ma fihx ċelluli Paneth maturi; madankollu, l-enteroċiti jipproduċu l-peptide antimikrobiku li jixbaħ lill-cathelicidin (CRAMP) [90]. Iċ-ċelloli Paneth jidhru meta l-kriptos jiffurmaw ġimgħatejn wara t-twelid [91]. Fil-ħin tal-ftim, l-epitelju huwa kompletament iffurmat bi kripti u villi, enteroċiti, ċelluli goblet, u ċelluli enteroendokrini; Iċ-ċelloli Paneth ħadu f'idejhom il-produzzjoni tal-peptidi antimikrobiċi; u ċ-ċelloli goblet żiedu l-produzzjoni tal-muċini biex jiffurmaw is-saff tal-mukus (revedut fi [92]).

Din it-tranżizzjoni tal-epitelju dipendenti mill-età tmur id f'id ma 'tnaqqis gradwali tal-espressjoni TLR5 fl-epitelju intestinali ż-żgħir. Fl-istess ħin, l-espressjoni ta 'TLR3 tiżdied matul il-perjodu tat-twelid. PRRs oħra, bħal TLR2, 4, u 9, huma espressi f'livelli simili fil-ġrieden tat-twelid u adulti [45, 93].

Il-mekkaniżmi li jwasslu għar-regolamentazzjoni tal-espressjoni u l-funzjoni PRR wara t-twelid għadhom mhux ċari. Kif issemma hawn fuq, bosta studji pproponew kontribut tal-ambjent, b'mod partikolari l-kolonizzazzjoni mikrobjali, għar-regolamentazzjoni tal-espressjoni PRR wara t-twelid [40, 41] (revedut fi [14]). Madankollu, ġrieden ħielsa mill-mikrobi vs ħielsa mill-patoġeni speċifiċi ma wrewx differenzi fl-espressjoni ta 'TLR la fil-musrana ż-żgħira jew fil-kolon, li jindika li la r-regolazzjoni 'l fuq ta' TLR3 u lanqas ir-regolazzjoni 'l isfel ta' TLR5 f'dan il-perjodu bikri ma jiddependu fuq il-mikrobijota [45, 93]. Ukoll, fl-organoids, l-espressjoni ta 'ħafna, iżda mhux kollha, komponenti ta' sinjalazzjoni PRR kienet diġà definita f'organoids minn tessuti li qatt ma kienu f'kuntatt ma 'prodotti mikrobjali [44]. Dan jindika li parti kbira mill-organizzazzjoni tal-mogħdijiet ta’ sinjalazzjoni immuni intrinsika hija definita indipendentement mill-kuntatt mal-mikrobijota u tidher li hija determinata minn proċessi ta’ żvilupp awtomatiċi, bħal dawk deskritti hawn fuq, li jsawru l-identità ġenerali tat-tessut tul il-passaġġ GI. . Dan ma jeskludix irfinar ulterjuri tal-espressjoni PRR minn fatturi ambjentali matul l-età adulta.

L-importanza tar-regolamentazzjoni f'waqtha tal-interazzjonijiet tal-mikrobi epiteljali ssir ċara meta l-epitelju immatur jiġi ffaċċjat qabel iż-żmien ma 'kolonizzazzjoni mikrobjali: trabi qabel iż-żmien huma suxxettibbli għall-iżvilupp ta' enterokolite nekrotizzanti (NEC), ikkaratterizzata minn nekrożi intestinali, sepsis sistemika u organi multipli. falliment. Għalkemm il-patoġenesi hija kkunsidrata multifatturi, bosta studji indikaw li tiżviluppa b'reazzjoni għal żbilanċ bejn sinjalar proinfjammatorju u mekkaniżmi ta 'tiswija fl-imsaren prematur (revedut fi [94]) u ġie ssuġġerit kontribut ta' PRRs [41, 65, 95] –97]. Diversi studji użaw organoids tal-fetu uman [24, 98, 99], organoids murini normali esposti għal batterji u ipoksja għal mudell NEC [100], jew organoids minn mudell NEC muriin kif ukoll minn pazjenti NEC [101]. Studji futuri se jużaw dawn il-mudelli organoid stabbiliti u ġodda biex jiddefinixxu aktar il-kontribut tal-epitelju fl-NEC.

Immudellar ta 'aspetti dipendenti mill-epitelju ta' IBD b'organoids

It-telf tal-integrità tal-barriera epiteljali intestinali huwa karatteristika li tiddefinixxi l-IBD, jiġifieri CD u UC, u jidher li huwa kkawżat minn interazzjoni multifatturi ta’ predispożizzjoni ġenetika, fatturi ambjentali, bidliet fil-mikrobijota tal-musrana, u alterazzjonijiet tar-rispons immuni lokali u sistemiku (revedut). fi [27]). It-terapewtiċi attwali jimmiraw b'mod predominanti għar-risponsi immuni (aberranti) fl-IBD, li huma assoċjati ma 'rati għoljin ta' dawk li ma wieġbux u effetti sekondarji (reveduti f'[27]). Fehim imtejjeb tal-kontribut speċifiku għall-epitelju għall-patofiżjoloġija tal-IBD huwa meħtieġ biex jiġu identifikati miri terapewtiċi ġodda li jistgħu wkoll ikunu jistgħu jaffettwaw direttament ir-restawr tal-barriera epiteljali intestinali u għalhekk il-fejqan tal-mukuża.

Biex jiksbu għarfien dwar il-patoloġija epiteljali, diversi gruppi stabbilixxew bijobanek ħajjin magħmulin minn organoids iġġenerati minn pazjenti individwali b'UC jew CD. Għalkemm dan l-approċċ huwa ovvju, s'issa, ftit studji biss irrappurtaw riżultati minn organoids derivati ​​minn dan il-grupp ta 'pazjenti [102-104]. Dan jista 'jiġi spjegat mill-osservazzjoni li organoids minn pazjenti b'IBD huma aktar diffiċli biex jiġu ġġenerati. L-esperjenza tagħna stess hija li l-organoids iġġenerati minn pazjenti CD jikbru aktar bil-mod matul l-ewwel passaġġi u xi kampjuni ntilfu - li kienet assoċjata ma 'rata ogħla ta' kontaminazzjoni batterjali fil-kulturi [105].

Il-karatterizzazzjoni ta 'organoids derivati ​​minn pazjenti b'IBD żvelat fenotip b'daqs imnaqqas u kapaċità ta' bidu, rata akbar ta 'mewt taċ-ċelluli, debris luminali, u polarizzazzjoni parzjalment invertita taċ-ċelloli epiteljali [106]. Tqabbil globali ta 'organoids minn pazjenti UC jew CD u kontrolli b'saħħithom wera li d-differenzi ta' traskrizzjoni u ta 'metilazzjoni li dehru fl-epitelju intestinali nżammu in vitro [102, 103, 107]. Ukoll, studju preċedenti minn organoids iġġenerati minn pazjenti b'CD issuġġerixxa alterazzjonijiet permanenti taċ-ċelloli staminali intestinali fl-IBD. Dan kien ibbażat fuq l-osservazzjoni li organoids iġġenerati minn feriti CD attivi żammew livelli għoljin ta 'espressjoni ta' markaturi ta 'ċelluli staminali epiteljali intestinali [108]. Dan kien sa ċertu punt ikkonfermat fi studju reċenti li fih organoids tal-kolon derivati ​​minn pazjenti pedjatriċi IBD wrew mudell ta 'espressjoni fit-tul ta' ġeni li jippreżentaw l-antiġeni [109].

Ffoka fuq bidliet fil-funzjoni tal-barriera epiteljali intestinali, inkluż telf ta 'junctions stretti u desmosomi, li normalment jinstabu fl-IBD [110], intwera li organoids minn pazjenti CD iżommu dan il-fenotip ta' alterazzjonijiet tal-junctional taħt kundizzjonijiet ta 'kultura [105]. Dan kien speċjalment il-każ meta organoids kienu ġġenerati minn siti ta 'infjammazzjoni severa [105]. Tnaqqis fil-proteini tal-junctional jista 'jiġi indott ukoll f'organoids minn donaturi b'saħħithom bl-applikazzjoni taċ-ċitokin proinfjammatorju TNF- u/jew IFN- [106, 111]. Madankollu, il-mudell fiss ta 'bidliet ta' proteini tal-junctional fl-organoids minn pazjenti b'IBD kien osservat biss fuq il-livell tal-proteina iżda mhux fuq il-livell tal-mRNA [105].

Dawn l-osservazzjonijiet jissuġġerixxu li diversi bidliet huma ffissati fl-organoids minn pazjenti IBD. L-osservazzjoni li xi bidliet permanenti, iżda mhux kollha, huma viżibbli biss fuq il-proteina, iżda mhux fil-livell ta 'RNA, tissuġġerixxi li hemm alterazzjonijiet permanenti f'modifiki post-traskrizzjoni jew degradazzjoni tal-proteini f'organoids minn pazjenti IBD. Dan iżda għad irid jiġi investigat fid-dettall.

X'jinduċi eżattament l-alterazzjonijiet permanenti fil-mudelli ta 'espressjoni ta' l-epitelju infjammat mhuwiex ċar. Effett tal-mikrobijota kien ilu suspettat; madankollu, studju reċenti wera li l-effett tal-mikrobijota fuq l-epitelju jintilef maż-żmien [112]. L-istudju qabbel diversi faċilitajiet tal-ġrieden minħabba li l-kompożizzjonijiet differenti tal-mikrobijoma tal-kolonji tal-ġrieden ġew identifikati bħala fatturi ta 'konfużjoni in vivo studji. Biex jiċċara dan l-effett, l-istudju qabbel iżolati epiteljali u kulturi organoid minn ġrieden ħielsa mill-mikrobi u żewġ kolonji speċifiċi separati tal-ġrieden mingħajr patoġeni b'mikrobijota differenti. Filwaqt li l-epitelju iżolat frisk wera impronta tal-espożizzjoni tal-mikrobijota fuq il-livelli ta 'RNA u proteini, dan l-effett intilef wara diversi ġimgħat tal-kultura ta' organoids intestinali żgħar [112]. Ukoll, paragun globali tal-espressjoni tal-ġeni ta 'organoids iġġenerat minn reġjuni infjammati jew mhux infjammati tal-istess pazjenti IBD wera li l-organoids IBD tar-reġjuni infjammati tilfu l-espressjoni tal-ġeni infjammatorji diġà wara ftit ġimgħat fil-kultura. It-traskriptomi tal-organoids imbagħad ġew miġbura għal kull pazjent; għalhekk, id-differenzi permanenti bejn IBD u kontrolli b'saħħithom baqgħu. Il-fenotip infjammatorju fl-organoids IBD jista 'mbagħad jerġa' jiġi indott biż-żieda ta 'cocktail ta' ċitokini [107]. B'mod ġenerali, dan jissuġġerixxi li bidliet permanenti osservati f'organoids minn pazjenti IBD huma indipendenti mill-kuntatt mal-mikrobijota jew ċitokini.

Għalhekk, għalkemm huwa raġonevoli li wieħed jispekula li xi wħud mill-bidliet permanenti fiċ-ċelloli epiteljali intestinali minn pazjenti b'IBD jistgħu jkunu kkawżati minn bidliet fis-sinjalar immuni intrinsiku, l-evidenza għal dan bħalissa hija skarsa. Barra minn hekk, mhux il-bidliet epiteljali kollha osservati fir-reġjuni infjammati fl-imsaren huma kkonservati b'mod permanenti fl-epitelju purifikat, li jindika kontribuzzjonijiet importanti mill-ambjent lokali. Fil-futur, studji ġodda b'mudelli organoid aktar kumplessi, li jinkorporaw ukoll ċelluli immuni, stimulazzjoni ta 'ċitokini infjammatorji, u kokulturi ma' mikro-organiżmi, għandhom jgħinu biex jindirizzaw din l-ipoteżi f'aktar dettall.

Konklużjonijiet, perspettivi futuri, u Outlook

Fil-qosor, filwaqt li ħafna mard fi ħdan il-passaġġ GI għadu mhux mifhum kompletament, l-evidenza dejjem tiżdied tindika rwol kritiku tal-epitelju gastrointestinali fil-patoġenesi ta 'ħafna minnhom—għalkemm ir-rwol speċifiku tiegħu għadu mhux ċar.

L-għarfien limitat tal-funzjoni immuni intrinsika tal-epitelju gastrointestinali ġie attribwit għal nuqqas ta 'mudelli sperimentali xierqa. Bl-implimentazzjoni tat-teknoloġija organoid, ittieħed pass kbir biex tingħeleb din il-problema. Organojdi ġġenerati minn kull reġjun tal-passaġġ gastrointestinali se jżidu b'mod sinifikanti l-għarfien eżistenti. Kif żvelat minn studji preċedenti, il-ġenerazzjoni ta 'organoids tipprovdi l-vantaġġ kruċjali li tkun tista' tosserva r-risponsi ta 'ċelluli gastrointestinali primarji għall-kuntrarju ta' linji taċ-ċelluli trasformati, li huma l-aktar iġġenerati minn tumuri malinni gastrointestinali. Waħda mill-aktar karatteristiċi affaxxinanti tal-organoids hija li jżommu karatteristiċi speċifiċi tas-segment tal-passaġġ gastrointestinali li minnhom ġew iġġenerati bħala parti mill-identità taċ-ċelluli tagħhom matul l-età adulta. Skont studji sperimentali attwali, l-identità reġjonali hija ffissata fiċ-ċelloli staminali gastrointestinali. F'dan il-kuntest, kwistjoni li fadal se tkun li jiġi ddeterminat eżattament kif u meta matul l-iżvilupp iseħħ dan l-ipprogrammar intrinsiku.

Meta tħares lejn kunċetti speċifiċi ta 'kif l-epitelju jista' jirrispondi jew jinteraġixxi mal-ambjent, it-teknoloġija organoid issa ppermettiet l-illuminazzjoni tal-espressjoni u l-funzjoni differenzjali u speċifiċi għas-segment tal-PRRs fi ħdan l-epitelju gastrointestinali. Il-konsegwenzi funzjonali ġenerali għas-sistemi regolatorji kumplessi fi ħdan il-passaġġ gastrointestinali kollu għadhom mhux ċari u se jkollhom jiġu indirizzati fil-futur. Għal dan, se jkun importanti wkoll li jiġu kkoltivati ​​organoids b'ċelloli immuni (reveduti f'[113]), ċelluli tas-sistema nervuża enterika [114], u fatturi luminali bħal ko-kulturi batteriċi (reveduti f'[115]) (Fig. . 4).

Aspett importanti ieħor huwa li l-organoids iġġenerati minn tessut tal-pazjent affettwat minn mard GI bħall-IBD iżommu xi wħud mill-karatteristiċi li dehru fil-kampjuni korrispondenti tat-tessuti li ġew derivati ​​minnhom. Dan joffri l-possibbiltà unika li tkompli tiżvela l-kontribut speċifiku għall-epitelju u l-mard għall-patoġenesi tal-mard tal-GI—mhux biss dawk li jinvolvu bidliet indotti mill-infjammazzjoni iżda wkoll dawk li jinvolvu bidliet f'mard malinn. It-tnejn li huma jistgħu jirriżultaw li jinvolvu kontribuzzjoni speċifika ta 'immunità intrinsika derivata mill-epitelju. Għal dan, l-istabbiliment sistematiku ta '"bijobanek ħajjin" ikun pass importanti. Bħala viżjoni għall-futur, bijobanek ħajjin bħal dawn jistgħu jiġu mehmuża ma 'bijobanek diġà eżistenti, li bħalissa jipprovdu biss bijomaterjali "mejta". Dan jirrappreżenta pass importanti ieħor mhux biss għar-riċerka iżda wkoll biex tiġi ffaċilitata dijanjostika u terapija individwalizzata għall-pazjenti.

Kaxxa 1. L-immunità innata u ċ-ċelloli epiteljali fil-passaġġ GI mhumiex ċari jekk l-impatt osservat huwiex dovut għas-sinjalar immuni innat fiċ-ċelloli epiteljali jew ċelloli immuni professjonali.

Biex jinħall l-interazzjoni ta 'ċelluli immuni professjonali u ċelluli epiteljali, diversi studji użaw knockouts speċifiċi għall-epitelju, jew aktar reċentement, organoids epiteljali. F'mudelli tal-ġrieden, l-ebda wieħed mit-tħassir speċifiku għall-epitelju tal-PRRs ma jwassal għal infjammazzjoni spontanja. Madankollu, ġrieden b'knockout speċifiku għall-epitelju ta 'MyD88 huma aktar suxxettibbli għal kolite sperimentali u juru tfixkil sever tal-barriera, rispons indebolit taċ-ċelluli goblet u Paneth [121], u produzzjoni mnaqqsa ta' mucin u peptidi antimikrobiċi [121, 122]. L-organoids tal-imsaren żgħar ma jimmontawx rispons infjammatorju għal diversi ligands PRR purifikati [55], għalkemm dan ma jistax jiġi ġeneralizzat u jiddependi fuq l-ispeċi, il-post, u l-età tat-tessut li l-organoids huma ġġenerati minn [44, 45].

In-nuqqas ta 'fenotip infjammatorju spontanju f'mudelli ta' knockout PRR speċifiċi għaċ-ċelluli epiteljali jappoġġja l-ipoteżi li fatturi oħra għajr rispons infjammatorju ġenerali tal-epitelju għandhom impatt fuq l-omeostasi epiteljali. Pereżempju, l-istimulazzjoni bl-agonist NOD2 muramyl dipeptide (MDP) żiedet in-numru ta 'organoids li jikbru minn ċelloli staminali iżolati, li jindika li s-sinjalar immuni intrinsiku appoġġja s-sopravivenza taċ-ċelloli staminali [67, 84]. Barra minn hekk, dejta mill-ġrieden tenfasizza l-importanza tal-effetti anti-apoptotiċi tas-sinjalar NF-κB bi tweġiba għal stimuli oħra, bħal TNF- [123]. Interessanti, fil-bnedmin, il-polimorfiżmi fil-ġeni immuni intrinsiċi inklużi NOD2 u TLR4 huma assoċjati ma 'riskju akbar li tiżviluppa IBD [124] u l-imblukkar ta' TNF- huwa bħalissa l-aktar trattament effikaċi għal IBD f'xi pazjenti (revedut f' [125]).

Joħroġ stampa, li fiha livell baxx ta 'stimulazzjoni immuni intrinsika huwa importanti għas-sekrezzjoni tal-mukus, l-integrità tal-barriera, u s-sopravivenza taċ-ċelluli epiteljali. L-indeboliment tiegħu jista 'jippermetti t-traslokazzjoni ta' batterji intestinali mill-lumen fit-tessut subepiteljali, li jwassal għal infjammazzjoni.

Rikonoxximenti

Nirringrazzjaw lil Ömer Kaya għall-għajnuna bl-illustrazzjonijiet u lil Rike Zietlow għall-editjar.

Kontribuzzjoni tal-awtur

Idea: SB Kunċett inizjali: SB u Ö.K.; tfittxija tal-letteratura: Ö.K., NS, u SB; Abbozz inizjali: Ö.K. Ir-reviżjoni, il-kitba mill-ġdid, iż-żieda ta’ taqsimiet: NS, SB L-awturi kollha rrevedew b’mod kritiku l-manuskritt finali.

Finanzjament

Finanzjament Aċċess Miftuħ attivat u organizzat minn Projekt DEAL. Dan ix-xogħol kien appoġġjat id-Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG GRK 2157; Mudelli ta' Tessuti 3D għall-Istudju ta' Infezzjonijiet Mikrobiċi minn Patoġeni Umani, Proġett 10, lil SB), iċ-Ċentru Interdixxiplinarju għar-Riċerka Klinika (IZKF; www.med.uni-wuerzburg.de/izkf /startseite) fi Würzburg (Għotja AD-427 lil NS u SB), u d-DFG SPP1982 SCHL1962/5-2 lil NS.

Dikjarazzjonijiet

Kunflitt ta' interess

L-awturi ma jiddikjaraw l-ebda interessi li jikkompetu.

Aċċess Miftuħ

Dan l-artikolu huwa liċenzjat taħt Creative Commons Attribution 4.0 Liċenzja Internazzjonali, li tippermetti l-użu, il-qsim, l-adattament, id-distribuzzjoni, u r-riproduzzjoni fi kwalunkwe mezz jew format, sakemm tagħti kreditu xieraq lill-awtur(i) oriġinali ) u s-sors, ipprovdi link għal-liċenzja Creative Commons, u indika jekk sarux bidliet. L-immaġini jew materjal ieħor ta’ parti terza f’dan l-artikolu huma inklużi fil-liċenzja Creative Commons tal-artikolu sakemm ma jkunx indikat mod ieħor f’linja ta’ kreditu għall-materjal. Jekk il-materjal mhuwiex inkluż fil-liċenzja Creative Commons tal-artiklu u l-użu intiż tiegħek mhuwiex permess minn regolament statutorju jew jaqbeż l-użu permess, ikollok bżonn tikseb permess direttament mid-detentur tad-drittijiet tal-awtur.

Referenzi

1. Goodwin CS (1984) Mikrobi u infezzjonijiet tal-imsaren

2. Sekirov I, Russell SL, Antunes LCM, Finlay BB (2010) Microbiota tal-musrana fis-saħħa u l-mard. Physiol Rev 90:859–904

3. Simon GL, Gorbach SL (1986) Il-mikroflora intestinali tal-bniedem. Ħaffer Dis Sci 31:147S–162S

4. Bartfeld S, Clevers H (2017) Organojdi derivati ​​minn ċelloli staminali u l-applikazzjoni tagħhom għar-riċerka medika u t-trattament tal-pazjent. J Mol Med:1–10. https://doi.org/10.1007/s00109-017-1531-7

5. Barker N (2014) Ċelloli staminali intestinali adulti: sewwieqa kritiċi ta 'omeostażi epiteljali u riġenerazzjoni. Nat Rev Mol Cell Biol 15:19–33

6. Bartfeld S, Koo BK (2017) Ċelloli staminali gastriċi adulti u n-niċeċ tagħhom. Wiley Interdiscip Rev Dev Biol 6:e261. https://doi.org/ 10.1002/wdev.261

7. Liwinski T, Zheng D, Elinav E (2020) Ir-riċetturi tal-mikrobijoma u ċ-ċitosoliċi innate immuni. Immunol Rev 297:1–18

8. Burgueño JF, Abreu MT (2020) Riċetturi li jixbħu lill-Epiteljali Toll u r-rwol tagħhom fl-omeostażi u l-mard tal-musrana. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 17:263–278

9. Christian S, Kanneganti TD (2020) Inflammasomi u l-linja fina bejn id-difiża u l-mard. Curr Opin Immunol 62:39–44

10. Ying L, Ferrero RL (2019) Rwol tas-sinjalar NOD1 u ALPK1/TIFA fl-immunità innata kontra Helicobacter pylori. Infezzjoni pp:159–177

11. Takeuchi O, Akira S (2010) Riċetturi ta 'rikonoxximent tal-mudell u infjammazzjoni. Ċellula 140:805–820

12. Peterson LW, Artis D (2014) Ċelloli epiteljali intestinali: regolaturi tal-funzjoni tal-barriera u l-omeostasi immuni. Nat Rev Immunol 14:141–153

13. Pott J, Hornef M (2012) Is-sinjalazzjoni immuni innata fl-epitelju intestinali fl-omeostasi u l-mard. EMBO Rep 13:684–698

14. Abreu MT (2010) Sinjali tar-riċetturi li jixbħu lill-pedaġġ fl-epitelju intestinali: kif ir-rikonoxximent batterjali jifforma l-funzjoni intestinali. Nat Rev Immunol 10:131–144

15. Zhang K, Hornef MW, Dupont A (2015) L-epitelju intestinali bħala gwardjan tal-integrità tal-barriera tal-musrana. Cell Microbiol 17: 1561–1569

16. Yu S, Gao N (2015) Il-kompartimentalizzazzjoni tar-riċetturi li jixbħu ċelluli epiteljali intestinali għas-sorveljanza immuni. 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) Alpha-kinase 1 huwa riċettur immuni ċitosoliku innat għal ADP-heptose batterjali. Natura. 561:122–126

18. Milivojevic M, Dangeard AS, Kasper CA, Tschon T, Emmenlauer M, Pique C, Schnupf P, Guignot J, Arrieumerlou C (2017) ALPK1 tikkontrolla TIFA/TRAF6-immunità innata dipendenti kontra l-eptosju{{5} },7-bisfosfat ta' batterji gram-negattivi. PLoS Pathog 13: e1006224. https://doi.org/10.1371/journal.ppat. 1006224

19. Zimmermann S, Pfannkuch L, Al-Zeer MA et al (2017) ALPK1- u rispons immuni intrinsiku dipendenti fuq TIFA attivat mis-sistema ta 'sekrezzjoni tat-tip IV ta' helicobacter pylori. Cell Rep 20:2384– 2395

20. Abreu MT, Fukata M, Arditi M (2005) TLR sinjalazzjoni fl-imsaren fis-saħħa u l-mard. J Immunol 174:4453–4460 174/8/4453 [pii]

For more information:1950477648nn@gamil.com