При рождении иммунная система новорожденных (от 1 до 28 дней у людей; от 1 до 7 дней у мышей) кардинально отличается от иммунной системы взрослых.
Это приводит к заметным различиям в восприимчивости к инфекциям кровотока у новорожденных. Ежегодно около 2 миллионов детей в возрасте до 5 лет умирают от инфекций, и 50% этих смертей приходится на новорожденных. После неонатального периода смертность от инфекций значительно снижается, что свидетельствует о фундаментальных изменениях в иммунной системе.
Два основных вида бактерий, кишечная палочка (E. coli) и стрептококк группы B (GBS; Streptococcus agalactiae), являются причиной большинства случаев неонатальных инфекций, которые проявляются как инфекции кровотока (сепсис) и приводят к менингиту, хотя другие патогены также могут быть причиной. В то время как для GBS существует профилактическое лечение, для E. coli не существует упреждающей терапии, отчасти потому, что существует бесчисленное множество серотипов и потому, что эта вездесущая бактерия обитает в комменсальном микробиоме человека. Антибиотики используются для лечения инфекций E. coli у новорожденных, но профилактическое назначение их всем новорожденным (i) уничтожит критически важную комменсальную микробную флору, (ii) вызовет длительные изменения в иммунитете и (iii) сделает новорожденных более восприимчивыми к инфекциям после прекращения приема антибиотиков.
Несмотря на различия в частоте инфекций у новорожденных и взрослых, было проведено очень мало исследований у новорожденных людей или мышей. Инфекции кровотока широко изучались на взрослых мышах, и внутривенное введение E. coli и многих других штаммов бактерий не приводит к одинаковому распространению во все органы. Первичный клиренс переносимой с кровью кишечной палочки происходит в печени, что ограничивает ее распространение в другие органы.
С помощью интравитальной микроскопии была выявлена популяция макрофагов, обитающих в печени, называемых клетками Купфера (КК), которые находятся в синусоидах и задерживают почти все бактерии, попадающие в кровоток. Этот жизненно важный контакт бактерий с поверхностью КК обеспечивает последующий фагоцитоз, который опосредуется каноническим комплементом и неидентифицированными рецепторами иммуноглобулинов. Специфическое удаление КК из синусоидов взрослых мышей приводит к неконтролируемому распространению бактерий и увеличению уровня летальности. Таким образом, внутрисосудистое расположение КК имеет решающее значение для предотвращения распространения бактерий из кровотока в другие органы.
КК развиваются из эритромиелоидных предшественников (ЭМП), которые вторгаются и колонизируют эмбриональную печень примерно в период с 8,5 дня эмбрионального развития и далее. Эти ЭМП, расположенные в паренхиме печени, проходят координированную программу дифференцировки, которая включает в себя повышение регуляции макрофаг-специфических факторов транскрипции, хемокинов, фагоцитоза и рецепторов-скавенджеров. Многие из этих клеток покидают печень плода и заселяют несколько органов, где они приобретают тканеспецифические фенотипы.
Учитывая, что программа КК закладывается еще до рождения, КК должны быть способны проникать в синусоиды для очищения от бактерий в кровеносном русле. В предыдущем исследовании было описано, что КК ассоциированы с синусоидами, но имеют более округлую и менее разветвленную форму в печени плода, чем у взрослых. В данном исследовании мы изучили КК в неонатальной среде и выявили критическое паренхимальное и внутрисосудистое перемещение в первые несколько дней после рождения, что может объяснить значительное увеличение восприимчивости к инфекциям кровотока и значительную смертность новорожденных.
Мы разработали количественную интравитальную визуализацию 1-дневных мышат в сочетании с транскриптомикой, генетическими манипуляциями и анализами инфекций in vivo, чтобы исследовать повышенную восприимчивость новорожденных к инфекциям кровотока. В то время как 1-дневные КК лучше улавливали Escherichia coli in vitro, мы обнаружили критическое 1-недельное послеродовое окно, когда КК имеют ограниченный доступ к крови и должны транслоцироваться из паренхимы печени в синусоиды. Миграция КК не зависела от микробиома, но зависела от ингибирующего миграцию макрофагов фактора, его рецептора CD74 и молекулы адгезии CD44.
Таким образом, наши данные свидетельствуют о том, что при рождении КК, как основной фильтр для E. coli, еще не переместились в просвет синусоидов, где они могут очистить их от инфекции. Это относится и к недоношенным детям, у которых, вероятно, дефицит этого фильтрационного процесса еще больше. Выяснение молекулярных механизмов, лежащих в основе транслокации КК в синусоиды у новорожденных, может открыть инновационные методы лечения. Например, потенциально можно увеличить экспрессию CD44 и CD74 в КК при рождении в сочетании с разработкой агонистов MIF, которые будут способствовать транслокации КК в синусоиды для лучшей эрадикации циркулирующих патогенов и профилактики сепсиса и менингита, вызванных E. coli-инфекцией.
