ایمنی ذاتی اپیتلیال دستگاه گوارش - منطقه ای شدن و ارگانوئیدها به عنوان مدل جدید

دستگاه گوارش انسان در تماس دائمی با محرک های میکروبی است. موانع آن باید از همزیستی با باکتری‌های معمولی اطمینان حاصل کنند و در عین حال نظارت بر پاتوژن‌های مزاحم را ممکن می‌سازند. در مرکز تعامل، لایه اپیتلیال قرار دارد که مرزهای بدن را مشخص می کند. این دستگاه به تعداد زیادی از حسگرهای ایمنی ذاتی مختلف، مانند گیرنده‌های Toll مانند، برای ایجاد پاسخ‌های التهابی به میکروب‌ها مجهز است. اختلال عملکرد این سیستم پیچیده منجر به آسیب شناسی های مرتبط با التهاب، مانند بیماری التهابی روده می شود. با این حال، پیچیدگی فعل و انفعالات سلولی، اساس مولکولی آنها، و توسعه آنها هنوز به خوبی شناخته نشده است. در سال‌های اخیر، ارگانوئیدهای مشتق شده از سلول‌های بنیادی به عنوان مدل‌های امیدوارکننده هم برای توسعه و هم برای طیف وسیعی از آسیب‌شناسی، از جمله بیماری‌های عفونی، توجه روزافزونی را به خود جلب کرده‌اند. علاوه بر این، ارگانوئیدها مطالعه ایمنی ذاتی اپیتلیال را در شرایط آزمایشگاهی امکان پذیر می کنند. در این بررسی، ما بر روی سد اپیتلیال دستگاه گوارش و سازمان منطقه‌ای آن تمرکز می‌کنیم تا در مورد سنجش و توسعه ایمنی ذاتی بحث کنیم.

قرار گرفتن در معرض محرک های میکروبی می تواند ایمنی را بهبود بخشد، زیرا محرک های میکروبی می توانند بدن را برای تولید سلول های ایمنی و مولکول های ایمنی تحریک کنند و در نتیجه پاسخ ایمنی بدن را تحریک کنند. به طور خاص، قرار گرفتن در معرض محرک‌های میکروبی می‌تواند سلول‌های ایمنی مانند ماکروفاژها، سلول‌های دندریتیک و سلول‌های کشنده طبیعی را فعال کند، تکثیر و تمایز سلول‌های ایمنی را تسریع کند و حیات و مقاومت سلول‌های ایمنی را در برابر بیماری بهبود بخشد. علاوه بر این، محرک‌های میکروبی می‌توانند پاسخ‌های التهابی و تنظیم ایمنی را تقویت کنند و دفاع ایمنی بدن را در برابر عوامل بیماری‌زا بهبود بخشند. بنابراین، قرار گرفتن معقول در معرض محرک های میکروبی می تواند باعث بهبود ایمنی انسان شود. می توان دید که ما باید ایمنی را تقویت کنیم. سیستانچ می تواند به طور قابل توجهی ایمنی را بهبود بخشد. خاکستر گوشت حاوی مواد فعال بیولوژیکی مختلفی مانند پلی ساکاریدها، دو قارچ، هوانگ لی و غیره است که این مواد می توانند انواع مختلف گوشت را در سیستم ایمنی تحریک کنند. سلول ها، باعث افزایش قابلیت ایمنی آنها می شود.

روی فواید سلامتی سیستانچ کلیک کنید

کلید واژه ها

دستگاه گوارش. مصونیت. منطقه ای شدن و ارگانوئیدها.

معرفی

دستگاه گوارش (GI) برای هضم غذا مورد نیاز است و از حفره دهان از طریق مری، معده، روده کوچک و روده بزرگ به مقعد می رسد. لومن GI توسط طیف وسیعی از ترکیبات، همزیست ها و گاهی اوقات پاتوژن ها کلونیزه می شود. کلونیزاسیون میکروبی از یک گرادیان با کمتر از 103 میکروب در میلی لیتر در معده به 103-107 میکروب در میلی لیتر در روده کوچک و 1011-1012 میکروب در میلی لیتر در روده بزرگ پیروی می کند (در [1-3] بررسی شده است). از معده غده ای به بعد، دستگاه گوارش توسط یک لایه سلول های اپیتلیال ستونی پوشیده شده است. این لایه اپیتلیال شامل سلول های تخصصی مختلف است که با کمپلکس های پروتئینی پیوندی محکم در هم قفل شده اند و مانع فیزیکی را تقویت می کنند (شکل 1).

تعامل بین میکروبیوتای روده و همچنین پاتوژن‌های بلعیده شده و سلول‌های اپیتلیال توسط گیرنده‌های تشخیص الگو (PRRs)، از جمله گیرنده‌های Toll مانند (TLRs)، دامنه الیگومریزاسیون متصل شونده به نوکلئوتید (NOD) - گیرنده‌های مشابه (NLR) و سایر گیرنده‌ها انجام می‌شود. گیرنده های سیتوزولی (شکل 2، بررسی شده در [7، 11]). این PRRها نقش کلیدی در شناخت الگوهای مولکولی مرتبط با میکروب (MAMPs) و الگوهای مولکولی مرتبط با آسیب (DAMPs) دارند. پس از فعال شدن PRR در سلول های اپیتلیال، آبشارهای سیگنال دهی پایین دست، بیان سیتوکین ها و کموکاین های مختلف را از طریق مسیرهای التهابی، مانند مسیر NF-kB، برای هدایت سلول های ایمنی حرفه ای القا می کنند (در [8، 12-16] بررسی شده است). علاوه بر PRR های کلاسیک، حسگرهای بیشتری از فعالیت های باکتریایی، مانند آلفا کیناز 1 (ALPK1) اخیراً کشف شده است [17-19]. التهاب‌ها، کمپلکس‌های سیتوپلاسمی متشکل از پروتئین‌های NLR، الگوهای مولکولی اضافی مانند متابولیت‌های باکتریایی را تشخیص می‌دهند (مرور در [7، 9]).

پاسخ‌های ایمنی ذاتی دستگاه گوارش، از جمله سنجش PRR، باید نیاز به محافظت در برابر پاتوژن‌های بالقوه مضر را با توانایی تحمل قرار گرفتن در معرض میکروبیوم‌های متنوع مجرا متعادل کند. از این رو، انتظار می‌رود بیان و عملکرد سیگنال‌دهی PRR نه تنها بر حس پاتوژن، بلکه بر روی هموستاز بافتی (جعبه 1) و بیماری‌های التهابی از جمله گاستروانتریت حاد، گاستریت و بیماری‌های التهابی روده (IBDs) تأثیر عمده‌ای داشته باشد. 12، 13، 20، 21]). اگرچه هر یک از این بیماری ها پاتوژنزهای کاملاً متفاوتی را نشان می دهند، اما یک ویژگی مهم مشترک دارند: رابط بین محیط و بدن به طور قابل توجهی مختل شده است. با این حال، بحث در مورد اینکه آیا تغییرات در لایه اپیتلیال روده، به ویژه تغییراتی که بر عملکرد ایمنی ذاتی آن تأثیر می‌گذارد، علت یا پیامد بیماری‌های فوق‌الذکر است، وجود دارد.

بیشتر دانش در مورد سیگنال دهی PRR از تحقیقات روی سلول های خونساز جمع آوری شده است. تمایز دادن عملکردهای سیگنال دهی PRR در سلول های اپیتلیال از عملکرد سلول های ایمنی در حال نفوذ یک چالش بوده است. موانع اصلی شامل مشکلات در جداسازی سلول های اپیتلیال خالص و تولید آنتی بادی های قابل اعتماد در برابر PRR ها است. با پیشرفت ارگانوئیدهایی که از سلول های بنیادی اپیتلیال روده مشتق می شوند، اکنون یک مدل تجربی کاهشی در دسترس است که امکان بررسی پاسخ ایمنی ذاتی سلول های اپیتلیال اولیه را فراهم می کند. ارگانوئیدها به‌عنوان کشت‌های سلولی 3- مشتق از سلول‌های بنیادی تعریف می‌شوند که ظرفیت خود سازماندهی دارند و برخی از عملکرد اندام اصلی را حفظ می‌کنند (مانند ترشح، فیلتراسیون، جذب، انقباض). از آنجایی که ارگانوئیدها را می توان از سلول های بنیادی بالغ ساکن بافت (ASCs) یا از سلول های بنیادی پرتوان (PSCs) رشد داد، سلول ها تغییر شکل نمی دهند. این دو نوع ارگانوئید با هم مجموعه وسیعی از اندام هایی را پوشش می دهند که می توان آنها را تقلید کرد (در [4، 22، 23] بررسی شده است). هر دو فناوری مزایای خود را دارند (در [4، 22، 23] بررسی شده است). به عنوان مثال، کشت ارگانوئیدهای مشتق از ASC پتانسیل انبساط فوق العاده ای دارند و نسبتاً همگن هستند و ارگانوئیدهای مشتق از PSC پیچیده تر هستند به این معنا که سلول هایی با منشاء رشدی بسیار متفاوت (مانند سلول های اپیتلیال و مزانشیمی) را ترکیب می کنند. ارگانوئیدهای مشتق شده از PSC امکان تجزیه و تحلیل مراحل رشد را فراهم می کنند اما ممکن است به سطح کامل تمایز در لایه اپیتلیال که در داخل بدن یافت می شود نرسند [24]. ارگانوئیدهای مشتق شده از ASC که از بافت های جنینی تولید می شوند نیز ممکن است امکان مطالعه بلوغ اپیتلیوم جنین را فراهم کنند، زیرا در کشت پیر می شوند [24، 25].

این بررسی بینش های حاصل از مطالعات با استفاده از ارگانوئیدها را برجسته می کند و پتانسیل این فناوری را برای مطالعه ایمنی ذاتی اپیتلیال مورد بحث قرار می دهد. ما بر سازمان منطقه ای در دستگاه گوارش تمرکز می کنیم.

هویت منطقه ای و سیگنالینگ ایمنی ذاتی در دستگاه گوارش

هنگام بررسی بیماری های گوارشی، توجه به این نکته مهم است که برخی از آنها به بخش خاصی از دستگاه گوارش محدود می شوند. IBD شامل بیماری کرون (CD) و کولیت اولسراتیو (UC) است که الگوی التهابی متفاوت و خاص بیماری را نشان می دهد: در حالی که UC از رکتوم شروع می شود و در روده بزرگ یافت می شود، CD می تواند تمام قسمت های دستگاه گوارش را تحت تاثیر قرار دهد. حفره دهان تا مقعد. علاوه بر این، CD با التهاب سگمنتال و ناپیوسته در داخل دستگاه گوارش مشخص می شود، در حالی که UC معمولاً به عنوان التهاب مداوم کولون توصیف می شود (در [26، 27] بررسی شده است). در مری، معده و روده بزرگ، بروز سرطان زیاد است و عفونت و التهاب می‌تواند باعث ایجاد و پیشرفت این سرطان‌ها شود (بازبینی در [28، 29]). در مقابل، تبدیل بدخیم در روده کوچک بسیار نادر است (در [30] بررسی شده است). ویژگی ظاهری بخش این بیماری ها در دستگاه گوارش همچنان مبهم است، اما این وسوسه انگیز است که حدس بزنیم که منشأ خاص منطقه آنها ریشه در اختلالات خاص منطقه در سیستم کاملاً متعادل عملکرد سد اپیتلیال، ایمنی ذاتی و بازسازی مخاط دارد. . بنابراین، برجسته کردن تفاوت‌ها در بخش‌های داخل دستگاه گوارش جالب است.

دستگاه گوارش شامل چندین بخش آناتومیکی تعریف شده با عملکردهای فیزیکی کاملاً متمایز است (در [31] بررسی شده است). وظیفه اصلی معده هضم غذا و از بین بردن پاتوژن های ورودی توسط اسید معده است. لازم نیست مواد مغذی به لایه اپیتلیال معده برسند. بنابراین، بدن به شدت روی یک سد مخاطی محافظ سرمایه گذاری می کند و سلول های اپیتلیال را نه تنها در برابر اسید خود بلکه از محتوای مجرا نیز محافظت می کند (بازبینی در [32، 33]). در مقابل، عملکرد اصلی روده کوچک نه تنها هضم، بلکه جذب مواد مغذی است. مطابق با این، روده کوچک به دلیل بیرون زدگی پرزها در مجرای روده، جایی که سطوح سلولی در تماس نزدیک با مواد مغذی قرار می گیرند، سطح به طور قابل توجهی بزرگ شده است. بیشتر هضم در روده کوچک، دوازدهه و ژژونوم، جایی که پرزها بلند و نازک هستند، انجام می شود. ژژونوم دارای بالاترین نسبت سلول های پانت است که پپتیدهای ضد میکروبی ترشح می کنند [34]، که مخاط نسبتاً شل را تزئین می کنند، در نتیجه از لایه اپیتلیال محافظت می کنند و کریپت ها را استریل نگه می دارند (در [35] بررسی شده است).

پرزها به تدریج به سمت ایلئوم کوتاه تر و گسترده تر می شوند (در [36] بررسی شده است)، جایی که دوباره، مخاط بخش مهمی از محافظت را به عهده می گیرد: با بالاترین نسبت سلول های جام، ایلئوم دارای یک لایه مخاطی ضخیم تر و یک لایه پایین تر است. سرعت هضم و جذب نسبت به ژژنوم [34] (در [31] بررسی شده است). در نهایت، روده بزرگ آب را دوباره جذب می‌کند و روی یک پوشش مخاطی گسترده، ضخیم و دولایه سرمایه‌گذاری می‌کند تا بتواند با خیال راحت تریلیون‌ها باکتری مشترک را در خود جای دهد. کولون پرز ندارد و کریپت ها کوچکتر از روده کوچک هستند. هیچ سلول Paneth وجود ندارد و نسبت سلول های جام می تواند تا 25 درصد از لایه اپیتلیال باشد [37]. بنابراین، سه بخش روده استراتژی های مختلفی برای حفظ فاصله ایمن بین سلول های اپیتلیال و میکروبیوتا دارند. شناسایی MAMP و فعال سازی مسیرهای ایمنی لایه دیگری از این تعامل است و بنابراین، معقول است که آنها نیز در امتداد دستگاه گوارش ساختار یافته باشند (در [38] بررسی شده است). با این حال، این یک معمای جذاب در مورد اینکه دقیقاً چه چیزی ساختار سازمان PRR را شکل می دهد، باقی می ماند.

در حالی که شهودی است که ژن‌های مهم برای عملکردهای منطقه‌ای، مانند هضم و جذب مواد مغذی، به دنبال بخش‌بندی فضایی در امتداد محور دم سر قرار می‌گیرند (بازبینی در [39])، چنین سازمانی برای سیگنال‌دهی ایمنی ذاتی اپیتلیال انتظار نمی‌رفت. مطالعات قبلی تنظیم سیگنالینگ PRR را در پاسخ به تحریک با MAMP ها گزارش کرده بودند. برای مثال، پاسخ‌دهی به TLR4 پس از تولد کاهش می‌یابد، احتمالاً به دلیل قرار گرفتن در معرض LPS در طول زایمان و کلونیزاسیون بعدی روده [40]. همچنین تحریک TLR9 با لیگاند CpG-DNA منجر به کاهش بیان Tlr4 و مهار سیگنال دهی TLR4 می شود [41]. بنابراین، انتظار می‌رفت که تماس با میکروارگانیسم‌ها، مولکول‌ها و متابولیت‌های آن‌ها در دستگاه گوارش منجر به خاموش شدن بیان PRR به سمت مجرای روده شود (بازبینی در [14]). با این حال، نتایج متناقض، ناشی از مشکلات فنی مانند آنتی‌بادی‌های نامعتبر که TLR‌ها را هدف قرار می‌دهند، منجر به سردرگمی در این زمینه شد و مشخص نبود که آیا یک PRR خاص بیان شده است یا نه (بازبینی در [42]). لکه‌های شمالی اولیه برای mRNA Tlr2 و Tlr4 در سلول‌های اپیتلیال جدا شده ازمایشگاهی نشان داد که سطح بیان این دو مولکول Tlr به بخش خاص است: Tlr2 عمدتاً در روده بزرگ بیان می‌شود، در حالی که Tlr4 عمدتاً در معده و روده بزرگ بیان می‌شود. بخش بندی استراتژیک این TLR ها [43]. مطالعات اخیر اکنون کشف کرده اند که این اصل بیان خاص بخش فراتر از این دو TLR است و سازماندهی منطقه ای بسیار پیچیده ای از سیگنال دهی PRR را کشف کرده است که همیشه از بار میکروبی پیروی نمی کند [44، 45].

اولین مورد از دو مطالعه از گروه بارتون انجام شد و چندین سطح از سازماندهی بیان TLR را نشان داد. این گروه پنج سویه از موش های گزارشگر تولید کردند که به ترتیب امکان تجزیه و تحلیل بیان TLR2، 4، 5، 7 و 9 را فراهم کردند. TLR2 و 5 در روده کوچک و کولون پروگزیمال، TLR4 در روده بزرگ و TLR7 و 9 بیان نشدند. بیان گزارشگر در ارگانوئیدهای این موش‌ها از نزدیک بیان درون تنی را تقلید می‌کند، که نشان می‌دهد این بیان مستقل از تماس با میکروبیوتا یا با سلول‌های ایمنی است [45].

مطالعه دوم از یک بانک زیستی از ارگانوئیدهای انسانی و موش تازه تولید شده استفاده کرد که بخش‌های مختلف دستگاه گوارش را پوشش می‌دهد: جسم، پیلور، دوازدهه، ژژونوم، ایلئوم و کولون. تجزیه و تحلیل رونویسی ارگانوئیدها الگوهای بیان TLR های گزارش شده توسط گروه بارتون را تایید کرد، اما علاوه بر این، میزان زیادی از بیان متفاوت TLRs، NLRs، اجزای التهابی و دیگر ژن های مرتبط با ایمنی ذاتی را نشان داد (شکل 3 و [44]). ]). به عنوان مثال، Nod2 عمدتا در معده بیان می شود، در حالی که بیان چندین جزء مسیر التهابی مانند Nlrp1b، Nlrp6 و Aim2 به روده محدود می شود. گیرنده های مختلف به طور یکنواخت بیان شد. به عنوان مثال، بیان Tlr3 در هر بخش از دستگاه گوارش موش در مقادیر بالا تشخیص داده شد، در حالی که Tlr5 در هر بخش اما در مقادیر کم بیان شد [44]. در نتیجه، به نظر می‌رسد که هر بخش مکمل خاص خود را از گیرنده‌های ایمنی ذاتی و اجزای سیگنال‌دهنده دارد.

مقایسه موش با ارگانوئیدهای گوارشی انسان نشان داد که در هر دو گونه اصل سازماندهی پیچیده اجزای سیگنالینگ PRR یکسان است، اما پروفایل های بیان فردی PRR می تواند متفاوت باشد. برخی از PRRها، مانند TLR4 و NLRP6، به طور مشابه در امتداد دستگاه گوارش هر دو گونه الگوبرداری شدند. TLR4 عمدتاً در معده و روده بزرگ بیان شد و بیان NLRP6 به بخش‌های روده محدود شد. از سوی دیگر، چندین PRR مانند TLR1 و TLR2 الگوهایی را نشان دادند که بین هر دو گونه متفاوت بود. در حالی که در ارگانوئیدهای موش، بیان هر دو در طول دستگاه گوارش افزایش یافته و در روده بزرگ بیشتر بود، در ارگانوئیدهای انسانی بیان در معده بالاتر بود و در طول دستگاه گوارش کاهش یافت [44]. علاوه بر این، بیان TLR5 در ارگانوئیدهای انسانی بالاتر بود و بالاترین سطوح در معده مشاهده شد [44].

همانطور که در بالا ذکر شد، ارگانوئیدها همچنین با افزودن لیگاند و تجزیه و تحلیل بعدی بیان ژن هدف پایین دست، امکان آزمایش عملکرد یک مسیر خاص را نیز فراهم می‌کنند. در تکمیل تجزیه و تحلیل بیان خاص منطقه، این مطالعه همچنین نشان داد که ارگانوئیدهای انسانی و موش عملکرد خاص منطقه را نشان می‌دهند: معده موش به لیگاند TLR4 LPS پاسخ داد، اما نه لیگاند TLR2 PAM3CSK4 یا لیگاند TLR5، با تنظیم مثبت NF- ژن هدف کB Cxcl2. ژژنوم موش Cxcl2 را در پاسخ به PAM3CSK4 و فلاژلین تنظیم مثبت کرد، اما نه در پاسخ به LPS. علاوه بر این، کولون Cxcl2 را در پاسخ به تمام این 3 لیگاند آزمایش شده بیان کرد [44]. در مقابل، ارگانوئیدهای انسانی از همه مناطق، IL{16}} آنالوگ Cxcl2 انسانی را در پاسخ به فلاژلین بیان کردند، اما نه در پاسخ به LPS و PAM3CSK [44]. بنابراین، نه تنها بیان، بلکه عملکرد PRRs در روده نیز بسیار سازماندهی شده و به بخش خاص است. این آزمایش‌ها با افزودن محرک به محیط ارگانوئید انجام شد، در نتیجه فقط سمت پایه تحریک شد، زیرا سمت آپیکال رو به لومن بسته‌شده ارگانوئیدها است. آزمایش‌های دیگر نشان داد که سطح سازماندهی حتی بالاتری وجود دارد، زیرا بیان PRR در یک بخش می‌تواند به انواع سلول‌های خاص یا حتی مکان‌های درون سلولی، مانند تنها محفظه پایه محدود شود. این موارد با جزئیات بیشتر در زیر بیان شده است.

هر ناحیه از دستگاه گوارش مجموعه خاصی از ژن های ایمنی ذاتی خود را بیان می کند. اگرچه تعمیم آن دشوار است، داده‌های کنونی نشان می‌دهند که TLRها در معده و روده بزرگ بیشتر بیان می‌شوند، در حالی که روده کوچک با بیان اجزای التهابی مشخص می‌شود. در حال حاضر، مکانیسم مولکولی زیربنایی و مزایای تکاملی نامشخص است.

ما گمان می کنیم که موانع فیزیکی و شیمیایی که لایه های اپیتلیال را در بخش های مختلف روده می پوشانند، هر کدام نیاز به نظارت بر تهدیدات خاص دارند. به عنوان مثال، معده و روده بزرگ هر دو دارای یک لایه مخاطی دولایه و ضخیم هستند که لایه مخاط داخلی محکم به لایه اپیتلیال متصل است، در حالی که روده کوچک توسط یک لایه مخاطی نازک و چسبناک پوشیده شده است [46]. ساختارهای مختلف لایه های مخاطی به نوبه خود احتمالاً به دلیل عملکردهای مختلف بخش های روده مربوطه است (هضم در مقابل جذب مواد مغذی در مقابل جذب آب). می توان تصور کرد که ضخامت مخاط بر نوع PRRهای ضروری در مکان های خاص تأثیر می گذارد.

سلول های تخصصی با عملکرد ایمنی در اپیتلیوم

یک مفهوم قدیمی در ایمنی ذاتی اپیتلیال، وجود تشخیص ایمنی ذاتی نوع سلولی است. نمونه‌های اولیه سلول‌های اپیتلیال تخصصی با عملکرد دفاعی، سلول‌های میکروفولد (M) و سلول‌های پانت هستند که اخیراً با یک سلول جامی تخصصی، سلول جام نگهبان تکمیل شده‌اند. وجود چنین سلول های تخصصی، سیستم های پیچیده و اضافی را برجسته می کند که تعادل جذب مواد مغذی، همزیستی با میکروبیوتا و نظارت بر مهاجمان احتمالی را تضمین می کند. تمایز مستقیم ارگانوئیدها اکنون امکان مطالعه این سلول ها را در کشت سلولی نیز فراهم می کند.

سلول های M در اپیتلیوم مرتبط با فولیکول قرار دارند که لکه های پیر را می پوشاند. آنها مورفولوژی منحصر به فردی با مرزهای برس نامنظم و ساختارهای میکروویلی کاهش یافته دارند. نقش آنها انتقال آنتی ژن ها در لومن روده در سراسر لایه اپیتلیال به بافت لنفوئیدی زیرین برای تنظیم پاسخ های ایمنی است [47]. نشان داده شد که خود سلول های M و همچنین اپیتلیوم مرتبط با فولیکول چندین TLR [48] را بیان می کنند (در [14] بررسی شده است). با این حال، مطالعه سلول های M دشوار بوده است زیرا تعداد زیادی در بافت اپیتلیال وجود ندارد و آنها فقط در نزدیکی ساختار پیچیده تکه های Peyer یافت می شوند [47]. با این وجود، سلول های M را می توان در کشت های ارگانوئیدی با استفاده از تمایز هدایت شده تولید کرد. برای این کار، فعال‌کننده گیرنده لیگاند NF-kB (RANKL) به محیط اضافه می‌شود که فاکتور رونویسی SpiB را که مشخصه تمایز سلول‌های M است تنظیم می‌کند [49]. ارگانوئیدهای تولید شده از موش هایی که از نظر ژنتیکی برای زیرواحد NF-kB RelB کمبود دارند، قادر به تولید سلول های M پس از تحریک با RANKL نیستند، که نشان می دهد فعال سازی NF-kB برای توسعه سلول های M ضروری است [50]. در کشت ارگانوئید انسانی، علاوه بر RANKL، لنفوتوکسین و رتینوئیک اسید برای القای تمایز به سمت سلول‌های M حیاتی هستند. این سلول‌های M به طور خاص ویروس‌های روده‌ای مانند روتاویروس و ریو ویروس را جذب می‌کنند، که نشان‌دهنده فنوکپی صحیح عملکرد سلول M طبیعی در کشت‌های ارگانوئیدی است [51]. کار ارگانوئیدی آینده باید ادامه یابد تا پیوندهای سیگنالینگ NF-kB اپیتلیال، توسعه سلول M و ارتباط با سلول های ایمنی را آشکار کند.

سلول های پانت با سلول های بنیادی روده در قاعده دخمه آمیخته شده اند و از دیرباز به دلیل ترشح پپتیدهای ضد میکروبی به عنوان نگهبان بخش سلول های بنیادی در نظر گرفته می شوند. به عنوان مثال، سلول‌های Paneth آلفا-دفنسین ترشح می‌کنند، فرآیندی که نشان داده شده است توسط الگوهای میکروبی و مکانیسم‌های ایمنی ذاتی تنظیم می‌شود [52، 53]. علاوه بر این، NOD2، که برای اولین بار در ناحیه کریپت روده کوچک موش [54] شناسایی شد، ترشح چندین آلفا-دفنسین را توسط سلول های Paneth تنظیم می کند که به نوبه خود منجر به فعال شدن ایمنی تطبیقی ​​می شود. سلول های Paneth همچنین TLR5 را بیان می کنند و ارگانوئیدهای غنی شده با سلول Paneth سطوح بالایی از TLR5 را بیان می کنند. تعیین توالی RNA پس از تحریک نشان می دهد که در حالی که ارگانوئیدهای نرمال روده کوچک تنها سطوح متوسطی از ژن های هدف پایین دستی TLR5 را در پاسخ به تحریک با فلاژلین، مانند سایتوکاین های ناشی از NF-kB بیان می کنند، ارگانوئیدهایی که حاوی تعداد زیادی سلول پانت هستند، بسیار قوی تر می شوند. پاسخ، نشان می دهد که سلول های Paneth پاسخ دهندگان اصلی به فلاژلین در روده کوچک هستند [44، 45]. برخلاف بیان ژن هدف، چشمگیرترین پاسخ سلول‌های Paneth (دانه‌زدایی، اکستروژن و مرگ سلولی) با تحریک با لیگاندهای TLR ایجاد نمی‌شود، بلکه به تحریک با سیتوکین اینترفرون گاما مشتق از سلول‌های ایمنی حرفه‌ای نیاز دارد [55]. این نتایج از ارگانوئیدها با مشاهداتی که نشان می دهد ریزدانه شدن و اکستروژن سلول پانت پس از تحریک اینترفرون-گاما در داخل بدن [55] مطابقت دارد. این به زیبایی بر سیستم کنترل و تعادل در لایه اپیتلیال تأکید می کند.

سلول های جام برای دفاع اپیتلیال مهم هستند زیرا آنها موسین های گلیکوزیله را تولید می کنند که برای تشکیل یک سد مخاطی روی لایه اپیتلیال ضروری است (در [56] بررسی شده است). در موش ها، کمبود MUC2 منجر به التهاب خود به خود و افزایش حساسیت به عفونت می شود [57، 58]. اخیراً زیر مجموعه ای از سلول های جام به نام سلول های جام نگهدار در کولون موش توصیف شده است. این مطالعه با استفاده از ریزنمونه‌های بافتی، ضخیم شدن لایه موکوس را در پاسخ به قرار گرفتن در معرض لیگاندهای TLR1/2، 4، و 5 شناسایی کرد، اما نه با لیگاندهای TLR9، NOD1 و NOD2 [59]، مطابق با گزارش قبلی Tlr 2. 4 و 5 در سلولهای جام بیان می شوند [60]. نویسندگان تشخیص دادند که پاسخ همچنین به حضور التهاب Nlrp6 بستگی دارد و مستقل از لنفوسیت‌های مخاطی با استفاده از بافت‌های طیفی از موش‌های ناک اوت است [59]. همچنین، گزارش قبلی اهمیت التهاب NLRP6 را برای ترشح مخاط توسط سلول های جام نشان داد [61]. تصویربرداری نشان داد که سلول‌های جامی خاص واقع در نواحی آپیکال کریپت، LPS برچسب‌گذاری شده فلورسنت را اندوسیتوز می‌کنند [59]. این سلول‌های جام نگهبان جدید نه تنها پس از درمان با لیگاندهای TLR تحت گرانولاسیون سریع و دفع اپیتلیال قرار می‌گیرند، بلکه سیگنال کلسیمی را از طریق پل‌های سیتوپلاسمی بین سلولی که توسط اتصالات شکاف تشکیل شده‌اند به سلول‌های همسایه منتقل می‌کنند و احتمالاً سلول‌های جامی دیگر را برای افزایش ترشح مخاط تحریک می‌کنند [59] . هم سلول های جام و هم سلول های پانت به دودمان ترشحی تعلق دارند. ارگانوئیدها امکان تمایز مستقیم به هر دو هویت سلولی را فراهم می‌کنند و ارگانوئیدهایی را به‌شدت در سلول‌های جامی یا سلول‌های Paneth تولید می‌کنند [62]. مقایسه رونوشت‌های این ارگانوئیدهای اریب به شناسایی تنظیم‌کننده‌های کلیدی مسیر تمایز کمک کرد [63]. تجزیه و تحلیل بیشتر داده های omics و همچنین تجزیه و تحلیل عملکردی این ارگانوئیدها به درک بهتر نقش هر دو نوع سلول در دفاع ایمنی ذاتی کمک می کند.

در نهایت، خود سلول‌های بنیادی نیز گزارش شده‌اند که PRRهای خاصی مانند TLR4 را بیان می‌کنند [64، 65]، که در پرزهای روده کوچک موش یا سلول‌های Paneth یافت نمی‌شوند [66]. علاوه بر این، به نظر می رسد که اکثر بیان Nod2 در کریپت موش به سلول های بنیادی محدود می شود [67]. تحریک با لیگاند NOD2 بقای سلول های بنیادی و تشکیل ارگانوئیدها را افزایش داد، که نشان می دهد تحریک PRR ها ممکن است بازسازی اپیتلیال روده را مستقیماً تنظیم کند.

بدون شک، تلاش‌های کنونی برای تولید اطلس‌های بیان ژن که هر نوع سلولی را با جزئیات بیشتر پوشش می‌دهد، به زودی تصویر کامل‌تری از سازمان سلولی سیگنال‌های ایمنی ذاتی در روده و همچنین در کل بدن ارائه می‌کند [68-71]. ].

قطبیت سلولی و پاسخ های ایمنی ذاتی جانبی خاص

در نهایت، در نظر گرفتن اینکه سلول‌های اپیتلیال دستگاه گوارش به شدت پلاریزه هستند، با یک سمت آپیکال ویژه رو به لومن روده با میکروبیوتای آن، و یک سمت قاعده‌ای رو به بافت رو به رو هستند، نیز مهم است. تحت هموستاز، MAMP ها فقط به سمت آپیکال می رسند. با این حال، هنگامی که سد اپیتلیال شکسته می شود، میکروارگانیسم ها می توانند سمت قاعده جانبی را نیز به چالش بکشند. بنابراین فرض شده است که سلول های اپیتلیال ممکن است به طور انتخابی یک پاسخ پیش التهابی را تنها زمانی که از سمت قاعده جانبی تحریک می شوند، ایجاد کنند تا با تهدید ناشی از سیگنال مطابقت داشته باشند. به عنوان مثال، نشان داده شد که TLR9 هنگام تحریک از سمت آپیکال یا قاعده جانبی در رده های سلولی سرطانی، مسیرهای سیگنال دهی مشخصی را القا می کند [72] و TLR5 تنها زمانی که از سمت پایه تحریک می شود، ژن پاسخ NF-kB IL{5}} را القا می کند [73] ].
در حالی که مطالعات قبلی با استفاده از برچسب گذاری آنتی بادی علیه TLR ها بیان خاصی را تنها در یک طرف گزارش کرده اند (در [14، 16] بررسی شده است)، تجزیه و تحلیل موش های گزارشگر TLR با استفاده از رنگ آمیزی برچسب HA این را تایید نکرد اما در عوض TLR2، 4 و 5 را نشان داد. گیرنده ها در هر دو سمت آپیکال و بازال کولون پروگزیمال و همچنین برخی TLR4 داخل سلولی [45]. این تفاوت های ظاهری احتمالاً به دلیل رویکردهای فنی متفاوت است.

ارگانوئیدها اکنون امکان آزمایش عملکردی مستقیم پاسخ های ایمنی جانبی را می دهند، زیرا قطبش سلولی در ارگانوئیدها حفظ می شود. در شرایط استاندارد زمانی که ارگانوئیدها در یک ماتریکس خارج سلولی رشد می کنند، سمت آپیکال به سمت مجرای ارگانوئید و سمت پایه رو به ماتریکس خارج سلولی است [74-76]. هنگامی که خارج از یک ماتریکس خارج سلولی رشد می کند، قطبیت می تواند معکوس شود [77، 78]. هنگامی که سلول‌های ارگانوئیدها بر روی سطوح استاندارد کشت سلولی، مانند ظروف کشت یا چاه‌های ترانس کاشته می‌شوند، سمت آپیکال به سمت مجرای چاه می‌رود [44، 79-82].

چندین مطالعه از ارگانوئیدها برای آزمایش عملکرد کلی PRR های خاص بدون پرداختن به تفاوت های خاص بین تحریک آپیکال و پایه استفاده کردند. این مطالعات شامل محرک در محیط ارگانوئیدها بود که در شرایط استاندارد، سمت پایه سلول را تحریک می کند. با استفاده از این تکنیک، تنظیم مثبت ژن‌های هدف پایین‌دست NF-kB پس از تحریک پایه با لیگاندهای TLR4 در معده، TLR2 و 3 در روده کوچک و TLR2، 3، 4، و 5 در کولون موش‌ها شناسایی شد [44, 45، 83] و لیگاندهای TLR2 و 5 در معده و TLR5 در روده کوچک و کولون انسان [44]. علاوه بر این، تحریک پایه ارگانوئیدهای کولون موش با آگونیست های TLR4 باعث تمایز سلولی، به ویژه به سمت دودمان ترشحی [64] شد، در حالی که آگونیست های NOD2 باعث افزایش بقای سلول های بنیادی شدند [67، 84]، و تورین باعث تحریک وابسته به NLRP شد{20} ژن هدف التهابی پایین دست IL{21}} [85]. در تمام این مطالعات، تحریک آپیکال مورد آزمایش قرار نگرفت.

فقط چند مطالعه به عملکردهای جانبی خاص PRRها پرداخته اند. قابل توجه است که برخلاف مطالعاتی که با استفاده از رده‌های سلولی پلاریزه سرطانی انجام شده است، تاکنون هیچ یک از مطالعات با استفاده از ارگانوئیدها، فعال‌سازی جانبی یک ژن پیش التهابی وابسته به NF-kB را شناسایی نکرده است. تک لایه های Transwell مشتق شده از ارگانوئیدهای کولون انسانی سطوح مشابهی از ژن هدف NF-kB IL-6 را هنگامی که از سمت آپیکال یا پایه با لیگاندهای TLR1/2، 3، 4، 5، 7/8 و 9 تحریک می شوند، بیان می کنند. [82]. ارگانوئیدهای معده موش همچنین به یک تحریک آپیکال با لیگاند TLR4 LPS در چندین سنجش، از جمله در transwells و ریز تزریق LPS به لومن ارگانوئیدها پاسخ دادند [44]. سلول های اپیتلیال روده کوچک موش، ژن هدف NF-kB icam1 را در پاسخ به طیفی از لیگاندها بیان نکردند، صرف نظر از اینکه آنها به ارگانوئیدهای دست نخورده اضافه شده اند، بنابراین سمت پایه تحریک می شوند یا به سلول های منفرد و جدا شده اضافه می شوند، بنابراین همه را تحریک می کنند. طرفین [55].

با این حال، با نگاهی فراتر از پاسخ NF-kB، یک مطالعه اخیر یک عملکرد جانبی خاص TLR3 و اهمیت آن در عفونت ویروسی را شناسایی کرد [82]. نتایج آزمایش‌ها با تک‌لایه‌های مشتق از ارگانوئید کولون انسانی نشان داد که بیان ژن‌های حیاتی دفاع از ویروس نوع I و نوع III اینترفرون پس از تحریک پایه با آگونیست TLR3 تنظیم مثبت شد، اما نه پس از تحریک با سایر آگونیست‌های TLR. به طور مشابه، هنگام آلوده شدن به ویروس، پاسخ اینترفرون ارگانوئیدها در هنگام آلوده شدن از سمت پایه در مقایسه با عفونت از سمت آپیکال بسیار قوی تر بود. این در تک لایه های مشتق شده از ارگانوئید و همچنین در ارگانوئیدهایی که با ویروس ریز تزریق شده بودند قابل مشاهده بود. این مطالعه همچنین آداپتور مرتب‌سازی کلاترین AP-1B را به عنوان مولکول مسئول بیان قطبی TLR3 شناسایی کرد. به همین ترتیب، موش‌هایی که کمبود Ap{11}}b داشتند، پس از عفونت ویروسی، پاسخ‌های ایمنی تشدید شده را نشان دادند [82]. این کارکرد قطبی شده PRR ها را تایید می کند و اهمیت این سطح از تنظیم را در تعدیل بیشتر تشخیص و دفاع پاتوژن برجسته می کند.

تا کنون، هیچ پاسخ «یک اندازه مناسب برای همه» برای سؤال قطبیت وجود ندارد، و حل ماهیت مکان خاص سیگنالینگ PRR از نظر فنی یک کار چالش برانگیز برای آینده است.

مدارا به عنوان پاسخی به استعمار و به عنوان یک برنامه توسعه پیش فرض

مکانیسم های کمک به سازماندهی ایمنی ذاتی اپیتلیال هنوز نامشخص است. مفهوم اصلی در این زمینه القای تحمل پس از کلونیزاسیون روده استریل در هنگام تولد، به اصطلاح پنجره فرصت (بازبینی در [86-88]) بوده است. این مفهوم یک دوره اولیه سیستم ایمنی ذاتی و سازگار پس از تولد را فرض می‌کند که زمینه را برای هموستاز ایمنی و متعاقب آن برهمکنش‌های میکروبی میزبان و میزبان فراهم می‌کند.

سیستم ایمنی نوزادان و ایمنی ذاتی اپیتلیال به طور منحصر به فردی مجهز شده اند تا بر این گذار از عقیمی به همزیستی با میکروبیوتا تسلط پیدا کنند. در بدو تولد، روده نوزاد انسان با پرزهای روده و کریپت های حاوی سلول های پانت کاملا بالغ است. لایه اپیتلیال روده نوزادان موش نابالغ تر است و با مقایسه مراحل مختلف رشد [89] در سطح رونوشت قابل اندازه گیری قابل اندازه گیری است و در ساختار بافت و تمایز سلولی قابل مشاهده است: محور کریپت-پرز هنوز تشکیل نشده است و تکثیر سلولی است. پایین تر، بدون مهاجرت سلولی یا لایه برداری. حاوی سلول های بالغ پانت نیست. با این حال، انتروسیت ها پپتید ضد میکروبی شبه کاتلسیدین (CRAMP) را تولید می کنند [90]. سلول های پانت زمانی ظاهر می شوند که دخمه ها 2 هفته پس از تولد تشکیل می شوند [91]. در زمان از شیر گرفتن، اپیتلیوم به طور کامل با کریپت‌ها و پرزها، انتروسیت‌ها، سلول‌های جامی و سلول‌های غدد درون‌ریز تشکیل می‌شود. سلول های Paneth تولید پپتید ضد میکروبی را به عهده گرفته اند. و سلول های جامی تولید موسین را برای تشکیل لایه مخاطی افزایش داده اند (در [92] بررسی شده است).

این انتقال وابسته به سن اپیتلیوم با کاهش تدریجی بیان TLR5 در اپیتلیوم روده کوچک همراه است. در همان زمان، بیان TLR3 در طول دوره نوزادی افزایش می یابد. سایر PRRها، مانند TLR2، 4، و 9، در سطوح مشابه در موش‌های نوزاد و بالغ بیان می‌شوند [45، 93].

مکانیسم هایی که منجر به تنظیم بیان و عملکرد PRR پس از تولد می شود نامشخص است. همانطور که در بالا ذکر شد، چندین مطالعه سهمی از محیط، به ویژه استعمار میکروبی، در تنظیم بیان PRR پس از تولد پیشنهاد کرده‌اند [40، 41] (بازبینی در [14]). با این حال، موش‌های عاری از میکروب در مقابل عاری از پاتوژن خاص، تفاوت‌هایی در بیان TLR در روده کوچک یا روده بزرگ نشان ندادند، که نشان می‌دهد نه تنظیم مثبت TLR3 و نه کاهش TLR5 در این دوره اولیه به میکروبیوتا بستگی ندارد [45، 93]. همچنین، در ارگانوئیدها، بیان بسیاری از اجزای سیگنالینگ PRR، اما نه همه آنها، قبلاً در ارگانوئیدهای بافت‌هایی که هرگز با محصولات میکروبی در تماس نبوده‌اند، تعریف شده بود [44]. این نشان می‌دهد که بخش بزرگی از سازماندهی مسیرهای سیگنالینگ ایمنی ذاتی مستقل از تماس با میکروبیوتا تعریف می‌شود و به نظر می‌رسد که توسط فرآیندهای رشدی پیش‌فرض، مانند موارد ذکر شده در بالا، که هویت کلی بافت را در امتداد دستگاه گوارش شکل می‌دهند، تعیین می‌شوند. . این امر تنظیم دقیق بیان PRR توسط عوامل محیطی در دوران بزرگسالی را رد نمی کند.

اهمیت تنظیم به موقع فعل و انفعالات میکروبی اپیتلیال زمانی مشخص می شود که اپیتلیوم نابالغ به طور پیش از موعد با کلونیزاسیون میکروبی مواجه شود: نوزادان نارس مستعد ابتلا به انتروکولیت نکروزان (NEC) هستند که با نکروز روده، سپسیس سیستمیک و چند عضو مشخص می شود. شکست. اگرچه پاتوژنز چند عاملی در نظر گرفته می شود، مطالعات متعدد نشان داده اند که در پاسخ به عدم تعادل بین سیگنال دهی پیش التهابی و مکانیسم های ترمیم در روده نارس ایجاد می شود (بازبینی در [94]) و سهم PRR ها پیشنهاد شده است [41، 65، 95]. -97]. چندین مطالعه از ارگانوئیدهای جنینی انسان [24، 98، 99]، ارگانوئیدهای طبیعی موش در معرض باکتری و هیپوکسی در مدل NEC [100]، یا ارگانوئیدهای مدل NEC موش و همچنین از بیماران NEC استفاده کرده اند [101]. مطالعات آینده از این مدل‌های ارگانوئیدی ایجاد شده و جدید برای تعریف بیشتر سهم اپیتلیوم در NEC استفاده خواهند کرد.

مدل‌سازی جنبه‌های وابسته به اپیتلیوم IBD با ارگانوئیدها

از دست دادن یکپارچگی سد اپیتلیال روده ای یکی از ویژگی های تعیین کننده IBD، یعنی CD و UC است، و به نظر می رسد که ناشی از تأثیر متقابل چند عاملی استعداد ژنتیکی، عوامل محیطی، تغییرات میکروبیوتای روده، و تغییرات پاسخ ایمنی موضعی و سیستمیک باشد. در [27]). درمان‌های کنونی عمدتاً پاسخ‌های ایمنی (ناهنجار) را در IBD هدف قرار می‌دهند، که با نرخ بالایی از عدم پاسخ‌دهی و عوارض جانبی همراه است (در [27] بررسی شده است). درک بهتری از سهم خاص اپیتلیوم در پاتوفیزیولوژی IBD برای شناسایی اهداف درمانی جدید لازم است که همچنین می‌توانند مستقیماً بر بازسازی سد اپیتلیال روده و در نتیجه بهبود مخاط تأثیر بگذارند.

برای به دست آوردن بینش در مورد آسیب شناسی اپیتلیال، چندین گروه بانک های زیستی زنده ای را ایجاد کرده اند که از ارگانوئیدهای تولید شده از بیماران منفرد مبتلا به UC یا CD تشکیل شده است. اگرچه این رویکرد بدیهی است، اما تاکنون، تنها چند مطالعه نتایج ارگانوئیدهای مشتق شده از این گروه از بیماران را گزارش کرده اند [102-104]. این ممکن است با مشاهده اینکه تولید ارگانوئیدهای بیماران مبتلا به IBD دشوارتر است توضیح داده شود. تجربه خود ما این است که ارگانوئیدهای تولید شده از بیماران CD در طی اولین پاساژها کندتر رشد می کنند و برخی از نمونه ها از بین رفتند - که با نرخ بالاتری از آلودگی باکتریایی در فرهنگ ها همراه بود [105].

خصوصیات ارگانوئیدهای مشتق شده از بیماران مبتلا به IBD یک فنوتیپ با کاهش اندازه و ظرفیت جوانه زدن، افزایش نرخ مرگ سلولی، بقایای مجرا، و پلاریزاسیون جزئی معکوس سلول های اپیتلیال را نشان داد [106]. مقایسه جهانی ارگانوئیدها از بیماران UC یا CD و افراد سالم نشان داد که تفاوت‌های رونویسی و متیلاسیون مشاهده شده در اپیتلیوم روده در شرایط آزمایشگاهی حفظ می‌شوند [102، 103، 107]. همچنین، یک مطالعه قبلی از ارگانوئیدهای تولید شده از بیماران مبتلا به CD، تغییرات دائمی سلول های بنیادی روده را در IBD پیشنهاد کرد. این بر اساس مشاهداتی بود که ارگانوئیدهای تولید شده از ضایعات CD فعال سطوح بیان بالایی از نشانگرهای سلول های بنیادی اپیتلیال روده را حفظ کردند [108]. این تا حدودی در یک مطالعه اخیر تأیید شد که در آن ارگانوئیدهای کولون مشتق شده از بیماران IBD کودکان، الگوی بیان طولانی مدت ژن های ارائه دهنده آنتی ژن را نشان دادند [109].

با تمرکز بر تغییرات در عملکرد سد اپیتلیال روده، از جمله از دست دادن اتصالات محکم و دسموزوم ها، که معمولاً در IBD یافت می شوند [110]، نشان داده شد که ارگانوئیدهای بیماران CD این فنوتیپ تغییرات پیوندی را در شرایط کشت حفظ می کنند [105]. این به ویژه زمانی که ارگانوئیدها از محل های التهاب شدید تولید می شدند، بیشتر بود [105]. کاهش پروتئین های پیوندی نیز می تواند در ارگانوئیدهای اهداکنندگان سالم با استفاده از سیتوکین های پیش التهابی TNF- و/یا IFN- القا شود [106، 111]. با این حال، الگوی ثابت تغییرات پروتئین های پیوندی در ارگانوئیدها از بیماران مبتلا به IBD فقط در سطح پروتئین مشاهده شد اما در سطح mRNA مشاهده نشد [105].

این مشاهدات نشان می دهد که چندین تغییر در ارگانوئیدهای بیماران IBD ثابت شده است. مشاهده این که برخی، اما نه همه، تغییرات دائمی فقط روی پروتئین قابل مشاهده هستند، اما نه در سطح RNA، نشان می دهد که تغییرات دائمی در تغییرات پس از رونویسی یا تخریب پروتئین در ارگانوئیدهای بیماران IBD وجود دارد. با این حال این موضوع باید به طور دقیق مورد بررسی قرار گیرد.

اینکه دقیقاً چه چیزی باعث ایجاد تغییرات دائمی در الگوهای بیان اپیتلیوم ملتهب می شود، مشخص نیست. مدتها بود که به تأثیر میکروبیوتا مشکوک بود. با این حال، یک مطالعه اخیر نشان داد که اثر میکروبیوتا بر روی اپیتلیوم در طول زمان از بین می رود [112]. این مطالعه چندین مرکز موش را مقایسه کرد زیرا ترکیبات مختلف میکروبیوم کلنی های موش به عنوان عوامل مخدوش کننده در مطالعات داخل بدن شناسایی شده است. برای روشن شدن این اثر، این مطالعه جدایه‌های اپیتلیال و کشت‌های ارگانوئیدی را از موش‌های بدون میکروب و دو کلونی موش بدون پاتوژن خاص با میکروبیوتای مختلف مقایسه کرد. در حالی که اپیتلیوم تازه جدا شده اثری از قرار گرفتن در معرض میکروبیوتا بر روی سطوح RNA و پروتئین نشان داد، این اثر پس از چندین هفته از کشت ارگانوئیدهای روده کوچک از بین رفت [112]. همچنین، مقایسه جهانی بیان ژن ارگانوئیدهای تولید شده از مناطق ملتهب یا غیر ملتهب همان بیماران IBD نشان داد که ارگانوئیدهای IBD در مناطق ملتهب، بیان ژن التهابی را قبلاً پس از چند هفته در کشت از دست دادند. رونوشت ارگانوئیدها پس از آن در هر بیمار خوشه شدند. بنابراین، تفاوت های دائمی بین IBD و افراد سالم باقی ماند. سپس فنوتیپ التهابی در ارگانوئیدهای IBD می تواند با افزودن کوکتل سیتوکین دوباره القا شود [107]. به طور کلی، این نشان می دهد که تغییرات دائمی مشاهده شده در ارگانوئیدهای بیماران IBD مستقل از تماس با میکروبیوتا یا سیتوکین ها است.

بنابراین، اگرچه منطقی است که حدس بزنیم که برخی از تغییرات دائمی در سلول‌های اپیتلیال روده از بیماران مبتلا به IBD ممکن است ناشی از تغییرات در سیگنال‌های ایمنی ذاتی باشد، شواهدی برای این امر در حال حاضر کمیاب است. علاوه بر این، همه تغییرات اپیتلیال مشاهده شده در مناطق ملتهب روده به طور دائم در اپیتلیوم خالص شده حفظ نمی شوند، که نشان دهنده کمک های مهم محیط محلی است. در آینده، مطالعات جدید با مدل‌های ارگانوئیدی پیچیده‌تر، همچنین شامل سلول‌های ایمنی، تحریک سیتوکین‌های التهابی و کشت‌های مشترک با میکروارگانیسم‌ها، باید به پرداختن به این فرضیه با جزئیات بیشتر کمک کند.

نتیجه گیری، چشم اندازهای آینده و چشم انداز

به طور خلاصه، در حالی که بسیاری از بیماری‌های داخل دستگاه گوارش به طور ناقص شناخته شده‌اند، شواهد فزاینده به نقش حیاتی اپیتلیوم گوارشی در پاتوژنز بسیاری از آن‌ها اشاره می‌کند – اگرچه نقش خاص آن نامشخص است.

دانش محدود از عملکرد ایمنی ذاتی اپیتلیوم گوارشی به فقدان مدل های تجربی مناسب نسبت داده شده است. با اجرای فناوری ارگانوئید، گامی اساسی برای غلبه بر این مشکل برداشته شده است. ارگانوئیدهای تولید شده از هر ناحیه از دستگاه گوارش به میزان قابل توجهی به دانش موجود می افزایند. همانطور که توسط مطالعات قبلی نشان داده شده است، تولید ارگانوئیدها این مزیت حیاتی را فراهم می کند که قادر به مشاهده پاسخ سلول های اولیه دستگاه گوارش در مقایسه با رده های سلولی تبدیل شده، که عمدتا از تومورهای بدخیم دستگاه گوارش تولید می شوند، است. یکی از جذاب‌ترین ویژگی‌های ارگانوئیدها این است که ویژگی‌های خاص بخشی از دستگاه گوارش را که از آن به عنوان بخشی از هویت سلولی خود در بزرگسالی تولید شده‌اند، حفظ می‌کنند. با توجه به مطالعات تجربی فعلی، هویت منطقه ای در سلول های بنیادی دستگاه گوارش ثابت است. در این زمینه، یک مسئله باقیمانده تعیین دقیق چگونگی و زمان این برنامه ریزی درونی در طول توسعه خواهد بود.

هنگامی که به مفاهیم خاصی در مورد چگونگی واکنش اپیتلیوم به محیط یا تعامل با آن نگاه می کنیم، فناوری ارگانوئید اکنون روشنایی بیان متفاوت و بخش خاص و عملکرد PRR ها را در اپیتلیوم گوارشی فعال کرده است. پیامدهای عملکردی کلی برای سیستم‌های تنظیمی پیچیده در کل دستگاه گوارش هنوز نامشخص است و باید در آینده مورد توجه قرار گیرد. برای این کار، هم‌کشت ارگانوئیدها با سلول‌های ایمنی (مرور در [113])، سلول‌های سیستم عصبی روده [114]، و فاکتورهای مجرای مانند هم‌کشت باکتری‌ها (مرور در [115]) مهم خواهد بود (شکل [115]). 4).

یک جنبه مهم دیگر این است که ارگانوئیدهای تولید شده از بافت بیمار مبتلا به بیماری های دستگاه گوارش مانند IBD برخی از ویژگی های دیده شده در نمونه های بافت مربوطه را که از آنها مشتق شده اند حفظ می کنند. این امکان منحصربه‌فرد را برای کشف بیشتر نقش اپیتلیوم و بیماری خاص در پاتوژنز بیماری‌های دستگاه گوارش ارائه می‌دهد - نه تنها آن‌هایی که شامل تغییرات ناشی از التهاب هستند، بلکه آن‌هایی که شامل تغییرات در بیماری‌های بدخیم هستند. هر دوی آنها ممکن است شامل سهم خاصی از ایمنی ذاتی ناشی از اپیتلیوم باشند. برای این منظور، ایجاد سیستماتیک "بانک های زیستی زنده" گام مهمی خواهد بود. به عنوان یک چشم انداز برای آینده، چنین بانک های زیستی زنده می توانند به بانک های زیستی موجود متصل شوند، که در حال حاضر صرفاً مواد زیستی "مرده" را ارائه می دهند. این یک گام مهم دیگر نه تنها برای تحقیق، بلکه در تسهیل تشخیص و درمان فردی برای بیماران است.

جعبه 1. ایمنی ذاتی و سلول های اپیتلیال در دستگاه گوارش مشخص نیست که آیا تأثیر مشاهده شده به دلیل سیگنال های ایمنی ذاتی در سلول های اپیتلیال است یا سلول های ایمنی حرفه ای.

برای از هم گسیختگی فعل و انفعالات سلول های ایمنی حرفه ای و سلول های اپیتلیال، مطالعات متعددی از ناک اوت های خاص اپیتلیوم یا اخیراً از ارگانوئیدهای اپیتلیال استفاده کرده اند. در مدل های موش، هیچ یک از حذف های اختصاصی اپیتلیال PRR ها منجر به التهاب خود به خودی نمی شود. با این حال، موش‌های مبتلا به ناک‌اوت اختصاصی اپیتلیال MyD88 بیشتر مستعد ابتلا به کولیت تجربی هستند و اختلالات سدی شدید، اختلال در پاسخ‌های سلولی جام و پانت [121] و کاهش تولید موسین و پپتیدهای ضد میکروبی را نشان می‌دهند [121، 122]. ارگانوئیدهای روده کوچک به چندین لیگاند PRR خالص شده پاسخ التهابی نشان نمی دهند [55]، اگرچه این نمی تواند تعمیم یابد و به گونه، محل و سن بافتی که ارگانوئیدها از آن تولید می شوند بستگی دارد [44، 45].

عدم وجود یک فنوتیپ التهابی خود به خودی در مدل‌های حذفی PRR اختصاصی سلول‌های اپیتلیال، از این فرضیه حمایت می‌کند که عواملی غیر از پاسخ التهابی عمومی اپیتلیوم بر هموستاز اپیتلیال تأثیر دارند. به عنوان مثال، تحریک با مورامیل دی پپتید آگونیست NOD2 (MDP) تعداد ارگانوئیدهای رشد یافته از سلول های بنیادی جدا شده را افزایش داد، که نشان می دهد سیگنال های ایمنی ذاتی از بقای سلول های بنیادی پشتیبانی می کند [67، 84]. علاوه بر این، داده‌های موش‌ها بر اهمیت اثرات ضد آپوپتوتیک سیگنال‌دهی NF-kB در پاسخ به محرک‌های دیگر، مانند TNF- [123] تاکید می‌کنند. جالب توجه است، در انسان، پلی مورفیسم در ژن های ایمنی ذاتی از جمله NOD2 و TLR4 با افزایش خطر ابتلا به IBD [124] همراه است و انسداد TNF- در حال حاضر موثرترین درمان برای IBD در برخی از بیماران است (در [125] بررسی شده است).

تصویری ظاهر می شود که در آن سطح پایین تحریک ایمنی ذاتی برای ترشح مخاط، یکپارچگی سد و بقای سلول های اپیتلیال مهم است. اختلال آن ممکن است باعث انتقال باکتری روده از لومن به بافت زیر اپیتلیال شود و منجر به التهاب شود.

قدردانی

از اومر کایا برای کمک در زمینه تصویرسازی و رایک زیتلو برای ویرایش تشکر می کنیم.

مشارکت نویسنده

ایده: SB مفهوم اولیه: SB و Ö.K. جستجوی ادبیات: Ö.K.، NS، و SB. پیش نویس اولیه: Ö.K. بازنگری، بازنویسی، افزودن بخش‌ها: NS، SB همه نویسندگان نسخه نهایی را به طور انتقادی بازبینی کردند.

منابع مالی

بودجه دسترسی آزاد توسط Projekt DEAL فعال و سازماندهی شده است. این کار از Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG GRK 2157؛ مدل‌های بافتی سه‌بعدی برای مطالعه عفونت‌های میکروبی توسط پاتوژن‌های انسانی، پروژه 10، به SB)، مرکز بین‌رشته‌ای برای تحقیقات بالینی (IZKF؛ www.med.uni-wuerzkfburg.de) پشتیبانی شد. /startseite) در وورزبورگ (Grant AD-427 به NS و SB)، و DFG SPP1982 SCHL1962/5-2 به NS.

اعلامیه ها

تضاد منافع

نویسندگان اظهار کردند که هیچ علاقه ای به رقابت ندارند.

دسترسی آزاد

این مقاله تحت مجوز Creative Commons Attribution 4 مجوز دارد.0 مجوز بین‌المللی، که اجازه استفاده، اشتراک‌گذاری، اقتباس، توزیع، و تکثیر را در هر رسانه یا قالبی می‌دهد، تا زمانی که اعتبار مناسب را به نویسنده (نویسندگان) اصلی بدهید. ) و منبع، پیوندی به مجوز Creative Commons ارائه دهید و نشان دهید که آیا تغییراتی ایجاد شده است یا خیر. تصاویر یا سایر مطالب شخص ثالث در این مقاله در مجوز Creative Commons مقاله گنجانده شده است، مگر اینکه در خط اعتباری مطالب به گونه دیگری ذکر شده باشد. اگر مطالب در مجوز Creative Commons مقاله گنجانده نشده است و استفاده مورد نظر شما توسط مقررات قانونی مجاز نیست یا از استفاده مجاز فراتر می رود، باید مستقیماً از دارنده حق چاپ مجوز دریافت کنید.

منابع

1. Goodwin CS (1984) میکروب ها و عفونت های روده

2. Sekirov I, Russell SL, Antunes LCM, Finlay BB (2010) میکروبیوتای روده در سلامت و بیماری. Physiol Rev 90:859-904

3. Simon GL، Gorbach SL (1986) میکرو فلور روده انسان. Dig Dis Sci 31:147S–162S

4. Bartfeld S، Clevers H (2017) ارگانوئیدهای مشتق شده از سلول های بنیادی و کاربرد آنها برای تحقیقات پزشکی و درمان بیماران. جی مول مد: 1-10. https://doi.org/10.1007/s00109-017-1531-7

5. Barker N (2014) سلول های بنیادی روده بالغ: محرک های حیاتی هموستاز و بازسازی اپیتلیال. Nat Rev Mol Cell Biol 15:19-33

6. Bartfeld S, Koo BK (2017) سلول های بنیادی معده بالغ و سوله های آنها. Wiley Interdiscip Rev Dev Biol 6:e261. https://doi.org/ 10.1002/wdev.261

7. Liwinski T، Zheng D، Elinav E (2020) میکروبیوم و گیرنده های ایمنی ذاتی سیتوزولی. Immunol Rev 297:1-18

8. Burgueño JF، Abreu MT (2020) گیرنده های شبه اپیتلیال Toll و نقش آنها در هموستاز روده و بیماری. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 17:263-278

9. کریستین اس، کانگانتی تی دی (2020) التهاب و خط باریک بین دفاع و بیماری. Curr Opin Immunol 62:39-44

10. Ying L، Ferrero RL (2019) نقش سیگنال دهی NOD1 و ALPK1/TIFA در ایمنی ذاتی در برابر هلیکوباکتر پیلوری. عفونت ص:159-177

11. Takeuchi O، Akira S (2010) گیرنده های تشخیص الگو و التهاب. سلول 140:805-820

12. Peterson LW، Artis D (2014) سلول های اپیتلیال روده: تنظیم کننده های عملکرد مانع و هموستاز ایمنی. Nat Rev Immunol 14:141-153

13. Pott J، Hornef M (2012) سیگنالینگ ایمنی ذاتی در اپیتلیوم روده در هموستاز و بیماری. EMBO تکرار 13:684-698

14. Abreu MT (2010) سیگنالینگ گیرنده شبه تلفن در اپیتلیوم روده: چگونه تشخیص باکتری عملکرد روده را شکل می دهد. Nat Rev Immunol 10:131-144

15. Zhang K، Hornef MW، Dupont A (2015) اپیتلیوم روده به عنوان نگهبان یکپارچگی سد روده. Cell Microbiol 17:1561-1569

16. Yu S، Gao N (2015) تقسیم گیرنده های شبه سلول های اپیتلیال روده برای نظارت ایمنی. Cell Mol Life Sci 72: 3343-3353

17. ژو پی، شی ای، دونگ ان، لی پی، هه اچ، بوریو آ، وو کیو، لو اس، دینگ ایکس، کائو یی، ژو یی، گائو دبلیو، دونگ ام، دینگ جی، وانگ دی سی، زامیاتینا آ، Shao F (2018) آلفا کیناز 1 یک گیرنده ایمنی ذاتی سیتوزولی برای ADP-هپتوز باکتریایی است. طبیعت. 561:122-126

18. Milivojevic M, Dangeard AS, Kasper CA, Tschon T, Emmenlauer M, Pique C, Schnupf P, Guignot J, Arrieumerlou C (2017) ALPK1 ایمنی ذاتی وابسته به TIFA/TRAF در برابر هپتوز را کنترل می کند{{5} }،7-بیس فسفات باکتری های گرم منفی. PLoS Pathog 13:e1006224. https://doi.org/10.1371/journal.ppat. 1006224

19. Zimmermann S, Pfannkuch L, Al-Zeer MA et al (2017) ALPK{3}} و پاسخ ایمنی ذاتی وابسته به TIFA که توسط سیستم ترشح هلیکوباکتر پیلوری نوع IV تحریک می شود. Cell Rep 20:2384-2395

20. Abreu MT، Fukata M، Arditi M (2005) سیگنالینگ TLR در روده در سلامت و بیماری. J Immunol 174:4453-4460 174/8/4453 [pii]

For more information:1950477648nn@gamil.com