Как иммунная система кишечника различает друзей и врагов? Взаимодействие клеток с клетками способствует развитию толерогенной или воспалительной реакции на шквал антигенов, проходящих через кишечник.
От холерных вибрионов до норовирусов - кишечник уязвим для впечатляющего количества патогенных микроорганизмов. Чтобы сохранить нам жизнь перед лицом этого натиска, иммунная система кишечника должна постоянно следить за антигенами, сигнализирующими об опасности. Однако кишечник также полон других антигенов, которые происходят из продуктов, которые мы потребляем, что ставит дилемму перед этими системами наблюдения. «Это простой, но интригующий вопрос: как нам выжить в процессе еды? Как не вызвать воспалительную реакцию на пищу?» - задается вопросом Мария Канессо, исследователь, изучающий иммунологию слизистых оболочек в Рокфеллеровском университете.
В иммунной системе кишечника специализированные антигенпрезентирующие клетки (APCs) собирают антигены как из пищи, так и из патогенов в содержимом кишечника и представляют их Т-клеткам, заставляя их дифференцироваться в регуляторные Т-клетки (Tregs) или воспалительные Т-клетки. В исследовании, опубликованном в журнале Science, Канессо и ее коллеги использовали недавно разработанный метод маркировки для определения подтипов APC, которые представляют пищевые антигены и способствуют индукции Treg. Они также показали, что некоторые виды паразитических червей изменяют баланс APC, которые способствуют пищевой толерантности, и тех, которые вызывают воспаление, нарушая развитие толерантности к пищевым антигенам.
«В кишечнике постоянно происходит много разных событий и одно и то же может восприниматься по-разному в зависимости от контекста», - поясняет Канессо. «Это важно учитывать, особенно когда мы думаем о развитии пищевой аллергии».
Прежде чем Канессо и ее коллеги изучат, как эти иммунные процессы становятся дисфункциональными, они хотели понять, как система функционирует в нормальных условиях. Для этого они проанализировали взаимодействие APC и клеток, которое происходило во время воздействия пищевого антигена - в данном случае яичного белка овальбумина (OVA) - на здоровых мышах с помощью методики под названием LIPSTIC (Labeling Immune Partnerships by SorTagging Intercellular Contacts). Эта методика предполагает создание определенных популяций Т-клеток, экспрессирующих фермент, который помещает пептидный маркер на любые клетки, с которыми они взаимодействуют.
В данном эксперименте исследователи экспрессировали этот фермент в OVA-специфических наивных Т-клетках - клетках с рецепторами, способными распознавать антиген OVA, которые еще не определились, станут ли они регуляторными или воспалительными. Затем эти Т-клетки помечали все OVA-презентирующие APC, с которыми они соединялись, что позволило ученым выделить эти APC для дальнейшего исследования.
Через двадцать четыре часа после того, как мыши получили белок OVA, исследователи собрали меченые APC и проанализировали их с помощью секвенирования мРНК единичных клеток, выявив два обычных подмножества дендритных клеток, cDC1s и cDC2s, в примерно равном количестве. При кокультивировании обоих типов APC с наивными Т-клетками они обнаружили, что только cDC1s увеличили количество Tregs, присутствующих в культуре, что говорит о том, что этот тип клеток важен для развития толерантности к пищевым антигенам. Чтобы изучить роль cDC1s in vivo, исследователи использовали мышиную модель, в которой cDCs не могли презентировать антигены. Они обнаружили, что количество Treg снизилось примерно на 50% по сравнению с мышами, у которых функционировали APC. Однако тот факт, что Tregs все еще присутствовали, говорит о том, что в процесс толерантности вовлечены и другие типы клеток.
"Было много споров о [принадлежности] вызывающих толерантность антигенпрезентирующих клеток", - отметил Дэн Литтман, молекулярный иммунолог из Нью-Йоркского университета, который не участвовал в данном исследовании. Хотя в некоторых исследованиях предполагалось, что эти клетки являются cDC, более поздние исследования поставили это под сомнение. Литтман считает, что эти эксперименты ясно показывают, что cDC1 в конечном итоге влияют на конечную пропорцию OVA-специфических Tregs. Однако, добавил он, «функция, которую они демонстрируют, не обязательно является индуцирующей. Это может быть роль в экспансии или поддержании Tregs. Это может быть своего рода позиционирование Tregs, чтобы они могли выполнять свою соответствующую функцию». Действительно, препринты из лаборатории Литтмана и других исследовательских групп свидетельствуют о том, что другая популяция APCs, экспрессирующих транскрипционный фактор RORγt, необходима для индукции пищевых антиген-специфических Tregs, тогда как cDC1s могут быть незаменимы. Однако Литтман не сбрасывает со счетов ни актуальность этих исследований, ни самих cDC1s. «Я думаю, что каждое из этих [исследований] добавляет новый слой понимания происходящего», - отметил он.
Действительно, данное исследование Канессо и ее коллег подтверждает участие нескольких типов APC в каскаде событий, приводящих к долгосрочной толерантности к пищевым антигенам. Через 24 часа после введения OVA большинство меченых LIPSTIC APCs - APCs, взаимодействующих с OVA-специфическими Т-клетками, - были cDCs. Однако через четыре часа RORγt-экспрессирующие APC составили значительную часть клеток, помеченных LIPSTIC. Авторы предположили, что эти RORγt-экспрессирующие клетки играют особенную роль в индукции толерантности сразу после воздействия пищевого антигена, в то время как cDC играют более важную роль в несколько более поздние сроки.
Выяснив, как происходит перекрестное взаимодействие клеток в процессе развития толерантности к новому пищевому антигену, Канессо и ее коллеги попытались выяснить, что происходит, когда этот процесс нарушается. Ранее они показали, что у мышей, инфицированных определенным видом кишечных паразитов - гельминтами Strongyloides venezuelensis, - не развивается толерантность при воздействии на них новых пищевых антигенов. В настоящем исследовании они обнаружили, что у зараженных гельминтами мышей не развивались OVA-специфические Tregs, когда они подвергались воздействию этого пищевого белка. В качестве потенциального механизма, объясняющего это различие, они обнаружили, что инфекция почти отменила презентацию пищевых антигенов RORγt-экспрессирующими клетками и cDC1s.
Исследователи также проанализировали экспрессию генов в немеченых APC - тех, которые не взаимодействовали с OVA-специфическими Т-клетками - у здоровых и инфицированных мышей. Когда они сгруппировали клетки по этим транскрипционным профилям, то выявили различные подтипы cDC2, присутствующие в разных группах мышей: клетки инфицированных мышей содержали подгруппу cDC2, способствующих развитию воспаления, которые практически отсутствовали у здоровых мышей. «Для нас это было неожиданностью: у вас есть множество других клеток, которые вызывают воспалительный ответ на [паразита], но [они] не презентуют диетические антигены», - сообщила Канессо.
«Таким образом, речь идет о разделении диетических и патогенных антигенов различными антигенпрезентирующими клетками».
По мнению Канессо, это направление исследований поможет ученым понять, почему пищевая аллергия развивается или не развивается у разных людей и в разных условиях. Как только исследователи охарактеризуют типы клеток, участвующих в толерантности и воспалительных реакциях - молекулы, которые они экспрессируют, сигнальные факторы, которые они выделяют, - они смогут начать разработку терапии для лечения пищевой аллергии или даже предотвращения ее возникновения.
